Scheda Tecnica Display LED LTC-2723JD - Altezza Cifra 0.28 Pollici - Rosso AlInGaP - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTC-2723JD è un modulo display LED alfanumerico a 4 cifre e 7 segmenti. La sua funzione principale è fornire indicazioni numeriche e alfanumeriche limitate, chiare e luminose, in vari dispositivi elettronici. La tecnologia di base utilizza chip LED in AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio), noti per la loro elevata efficienza e luminosità nello spettro rosso. Il dispositivo presenta una faccia grigia con segmenti bianchi, offrendo un elevato contrasto per un'ottima resa dei caratteri e ampi angoli di visione. È classificato per intensità luminosa ed è fornito in un contenitore senza piombo conforme alle direttive RoHS, rendendolo adatto per applicazioni elettroniche moderne che tengono conto dell'ambiente.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

• Altezza Cifra:0.28 pollici (7.0 mm), offrendo una dimensione bilanciata per una buona visibilità senza consumo eccessivo di spazio.
• Design dei Segmenti:Segmenti uniformi e continui garantiscono un'illuminazione omogenea e un'estetica professionale.
• Efficienza Energetica:Basso fabbisogno di potenza grazie alla tecnologia AlInGaP ad alta efficienza.
• Prestazioni Ottiche:Elevata luminosità e alto rapporto di contrasto migliorano la leggibilità in varie condizioni di illuminazione.
• Angolo di Visione:Ampio angolo di visione che consente di leggere il display da diverse posizioni.
• Affidabilità:Costruzione a stato solido che garantisce una lunga vita operativa e robustezza alle vibrazioni.
• Classificazione (Binning):Categorizzato (binnato) per intensità luminosa, garantendo uniformità di brillantezza tra i lotti di produzione.
• Conformità Ambientale:Package senza piombo in conformità alle normative RoHS.

1.2 Identificazione del Dispositivo

Il numero di parte LTC-2723JD denota specificamente un display a catodo comune multiplexato, rosso ad alta efficienza AlInGaP, con punto decimale a destra. Questa convenzione di nomenclatura aiuta nell'identificazione precisa e nell'ordinazione.

2. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il display è fornito in un package standard a foro passante. Disegni dimensionali dettagliati sono forniti nella scheda tecnica, con tutte le dimensioni principali specificate in millimetri. Le tolleranze chiave sono tipicamente ±0.20 mm salvo diversa indicazione. Viene posta particolare attenzione alle tolleranze relative al montaggio: lo spostamento della punta del pin è ±0.4mm e vengono fornite raccomandazioni per il diametro ottimale del foro sul PCB (1.30mm). Il modulo è marcato con il numero di parte (LTC-2723JD), un codice data in formato YYWW, il paese di fabbricazione e un codice bin per la classificazione dell'intensità luminosa.

3. Configurazione Elettrica e Piedinatura

3.1 Circuito Interno e Connessioni dei Pin

Il LTC-2723JD utilizza una configurazione a catodo comune multiplexata. Ciò significa che i catodi dei LED per ciascuna cifra sono collegati insieme internamente, mentre gli anodi dei segmenti corrispondenti tra le cifre sono collegati. Questo design minimizza il numero di pin di pilotaggio richiesti. La tabella di connessione dei pin è la seguente:

• Pin 1: Catodo Comune (Cifra 1)
• Pin 2: Anodo C, L3
• Pin 3: Anodo D.P. (Punto Decimale)
• Pin 4: Nessuna Connessione
• Pin 5: Anodo E
• Pin 6: Anodo D
• Pin 7: Anodo G
• Pin 8: Catodo Comune (Cifra 4)
• Pin 9: Nessuna Connessione
• Pin 10: Nessun Pin
• Pin 11: Catodo Comune (Cifra 3)
• Pin 12: Catodo Comune L1, L2, L3 (per LED separati)
• Pin 13: Anodo A, L1
• Pin 14: Catodo Comune (Cifra 2)
• Pin 15: Anodo B, L2
• Pin 16: Anodo F

Uno schema circuitale interno rappresenta visivamente queste connessioni, mostrando i gruppi di catodo comune per le quattro cifre e le linee di anodo condivise per i sette segmenti (A-G) e il punto decimale.

4. Valori Limite Assoluti e Caratteristiche Elettriche/Ottiche

4.1 Valori Limite Assoluti (Ta=25°C)

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non devono mai essere superati durante il funzionamento.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:100 mA (a ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms)
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA (derivata linearmente da 25°C a 0.33 mA/°C)
• Intervallo di Temperatura Operativa:-35°C a +85°C
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-35°C a +85°C
• Condizione di Saldatura:1/16 di pollice (1.6mm) sotto il piano di appoggio per 5 secondi a 260°C.

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

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

• Intensità Luminosa Media (I_V):200 - 600 μcd (Min - Max) a I_F= 1mA.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):656 nm (Tipico) a I_F= 20mA.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):22 nm (Tipico) a I_F= 20mA.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):640 nm (Tipico) a I_F= 20mA.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):2.1 - 2.6 V (Tipico) a I_F= 20mA.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):10 μA (Massimo) a V_R= 5V.Nota: Questa è una condizione di test; il funzionamento continuo in polarizzazione inversa non è consentito.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa:2:1 (Massimo) per segmenti all'interno di un'area luminosa simile a I_F= 1mA.
• Cross Talk (Diafonia):≤ 2.5%.

L'intensità luminosa è misurata utilizzando un sensore e un filtro che approssimano la curva di risposta fotopica dell'occhio CIE.

5. Curve di Prestazione e Analisi delle Caratteristiche

La scheda tecnica include curve caratteristiche tipiche, essenziali per i progettisti. Queste curve rappresentano graficamente la relazione tra parametri chiave, fornendo una comprensione più profonda rispetto ai soli dati tabellari. Sebbene le curve specifiche non siano dettagliate nel testo fornito, tipicamente includono:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Mostra la relazione non lineare, fondamentale per progettare circuiti di limitazione della corrente.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:Dimostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente, aiutando a ottimizzare brillantezza ed efficienza.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Illustra la diminuzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura, vitale per applicazioni in ambienti non climatizzati.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che conferma le lunghezze d'onda dominante e di picco e la purezza spettrale (larghezza a mezza altezza).

Analizzare queste curve consente ai progettisti di selezionare correnti di pilotaggio appropriate, comprendere gli effetti termici e prevedere le prestazioni in condizioni operative reali.

6. Test di Affidabilità e Qualifica

Il LTC-2723JD è sottoposto a una serie completa di test di affidabilità basati su standard industriali riconosciuti (MIL-STD, JIS). Questi test convalidano la robustezza e la longevità del dispositivo.

• Test di Vita Operativa (RTOL):1000 ore a temperatura ambiente in condizioni nominali massime per valutare le prestazioni a lungo termine.
• Conservazione ad Alta Temperatura/Umidità (THS):500 ore a 65°C e 90-95% UR per testare la resistenza all'umidità.
• Conservazione ad Alta Temperatura (HTS):1000 ore a 105°C per valutare la stabilità sotto stress termico.
• Conservazione a Bassa Temperatura (LTS):1000 ore a -35°C.
• Ciclo Termico (TC):30 cicli tra -35°C e 105°C per testare guasti indotti da espansione/contrazione termica.
• Shock Termico (TS):30 cicli di transizione rapida tra -35°C e 105°C, un test termico più severo.
• Resistenza alla Saldatura (SR):Testa la capacità dei terminali di resistere al calore della saldatura (260°C per 10 secondi).
• Saldabilità (SA):Verifica che i terminali possano essere adeguatamente bagnati dalla lega di saldatura (245°C per 5 secondi).

Questi test garantiscono che il display possa resistere alle sollecitazioni dei processi di assemblaggio e a ambienti operativi difficili.

7. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

7.1 Saldatura Automatica

Per saldatura a onda o a rifusione, la condizione raccomandata è immergere i terminali a una profondità di 1/16 di pollice (1.6mm) sotto il piano di appoggio per un massimo di 5 secondi a una temperatura della lega di 260°C. La temperatura del corpo del display non deve superare la temperatura massima di conservazione durante questo processo.

7.2 Saldatura Manuale

Durante la saldatura manuale, la punta del saldatore deve contattare il terminale (1/16 di pollice sotto il piano di appoggio) per non più di 5 secondi. La temperatura del saldatore raccomandata è 350°C ±30°C. Il controllo preciso di tempo e temperatura è cruciale per prevenire danni termici ai chip LED o al package plastico.

8. Precauzioni Critiche per l'Applicazione e Considerazioni di Progetto

Uso Previsto:Questo display è progettato per apparecchiature elettroniche ordinarie (ufficio, comunicazioni, domestico). Non è certificato per applicazioni critiche per la sicurezza (aviazione, supporto vitale medico, ecc.) senza preventiva consultazione e specifica qualifica.

Rispetto dei Parametri:Il circuito di pilotaggio deve essere progettato per garantire il funzionamento entro i Valori Limite Assoluti e le condizioni operative raccomandate. Superare i limiti di corrente o temperatura accelererà il degrado dell'emissione luminosa e può causare guasti prematuri.

Progettazione del Circuito di Pilotaggio:

• Pilotaggio a Corrente Costante:Fortemente raccomandato rispetto al pilotaggio a tensione costante. I LED sono dispositivi pilotati in corrente; la loro tensione diretta ha una tolleranza e varia con la temperatura. Una sorgente di corrente costante garantisce una brillantezza stabile e prevedibile e protegge il LED dalla fuga termica.
• Protezione dalla Tensione Inversa:Il circuito di pilotaggio deve incorporare protezione (ad esempio, diodi in serie o funzionalità dei circuiti integrati) per prevenire l'applicazione di tensione inversa o picchi di tensione transitori ai segmenti LED durante l'accensione, lo spegnimento o nei circuiti multiplexati. La tensione inversa massima è di soli 5V per il test; la polarizzazione inversa continua è vietata.
• Considerazioni sul Multiplexing:Essendo un display multiplexato a catodo comune, richiede un circuito di pilotaggio che attivi sequenzialmente il catodo di ciascuna cifra mentre applica tensione agli anodi dei segmenti che devono essere accesi per quella cifra. Il valore nominale di corrente di picco (100mA a basso ciclo di lavoro) è rilevante per schemi di pilotaggio multiplexati dove la corrente istantanea è più alta per ottenere la brillantezza media richiesta.

Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza per segmento sia bassa, deve essere considerato il calore collettivo di quattro cifre in un package piccolo. Si consiglia un'adeguata ventilazione e di evitare il posizionamento vicino ad altre fonti di calore per mantenere la temperatura di giunzione entro limiti sicuri.

9. Confronto Tecnico e Scenari Applicativi

9.1 Differenziazione da Altre Tecnologie

Rispetto alle vecchie tecnologie LED GaAsP o GaP, l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in display più luminosi a correnti inferiori. Il design faccia grigia/segmenti bianchi fornisce un contrasto superiore rispetto ai package diffusi o colorati. La dimensione della cifra di 0.28 pollici la posiziona tra indicatori più piccoli e display da pannello più grandi, offrendo un buon equilibrio tra leggibilità e compattezza.

9.2 Scenari Applicativi Tipici

• Strumentazione di Test e Misura:Multimetri digitali, oscilloscopi, alimentatori.
• Controlli Industriali:Pannelli indicatori, display per timer, indicatori di processo.
• Elettronica di Consumo:Apparecchiature audio (amplificatori, ricevitori), display per elettrodomestici.
• Aftermarket Automobilistico:Quadranti e strumenti diagnostici (non per i sistemi di sicurezza primari del veicolo).

9.3 Esempio di Progetto: Interfaccia con Microcontrollore

Un progetto tipico coinvolge un microcontrollore con un numero sufficiente di pin I/O o l'uso di registri a scorrimento esterni/IC driver (come il MAX7219 o TM1637) specificamente progettati per display LED multiplexati. L'IC driver gestisce la temporizzazione del multiplexing, la limitazione della corrente e spesso include il controllo della luminosità tramite PWM, semplificando notevolmente la progettazione software e hardware per l'ingegnere di sistema.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D1: Qual è lo scopo del codice bin per l'intensità luminosa?

R1: Il codice bin indica l'intervallo di brillantezza misurato dell'unità specifica. Ciò consente ai progettisti di selezionare display con brillantezza abbinata per pannelli multi-unità, garantendo un aspetto uniforme.

D2: Posso pilotare questo display direttamente con un pin di un microcontrollore a 5V?

R2: No. La tensione diretta è circa 2.6V, ma i LED richiedono la limitazione della corrente. Collegare direttamente a un pin a 5V causerebbe una corrente eccessiva e distruggerebbe il segmento. È obbligatorio un resistore di limitazione della corrente in serie o un driver a corrente costante dedicato.

D3: Perché è raccomandato il pilotaggio a corrente costante?

R3: L'emissione luminosa di un LED è proporzionale alla corrente, non alla tensione. La sua tensione diretta (Vf) varia da unità a unità e diminuisce con l'aumentare della temperatura. Una sorgente di tensione costante con un resistore fornisce una regolazione approssimativa della corrente, ma una vera sorgente di corrente costante fornisce un controllo preciso della brillantezza e una protezione intrinseca contro la fuga termica.

D4: Cosa significa "catodo comune multiplexato" per il mio circuito?

R4: Significa che controlli il display accendendo una cifra alla volta, in rapida successione (multiplexing). Imposti il modello dei segmenti (anodi) da accendere, poi abiliti il catodo per la cifra 1, poi lo disabiliti, imposti il modello per la cifra 2, abiliti il suo catodo, e così via. Questo ciclo si ripete continuamente, riducendo i pin di pilotaggio richiesti da 29 (4x7 segmenti + 4 catodi + DP) a sole 12 linee anodo + 4 linee catodo (più il catodo comune per i LED separati).

11. Principi Operativi e Tendenze Tecnologiche

11.1 Principio Operativo di Base

Un LED è un diodo a semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il suo bandgap, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva (lo strato di AlInGaP), rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega AlInGaP determina l'energia del bandgap e quindi il colore della luce emessa, che in questo caso è nello spettro rosso (~640-656 nm). Il layout a sette segmenti è uno schema standardizzato in cui l'illuminazione di diverse combinazioni dei segmenti (etichettati da A a G) forma i numeri 0-9 e alcune lettere.

11.2 Tendenze del Settore

La tendenza nella tecnologia dei display continua verso una maggiore efficienza, un minor consumo energetico e una maggiore integrazione. Mentre display a sette segmenti discreti come il LTC-2723JD rimangono vitali per indicazioni numeriche di medie dimensioni ed economiche, c'è una crescita parallela in aree come:

Display OLED (Organic LED):Offrono contrasto superiore, flessibilità e sottigliezza per applicazioni di fascia alta.

Display con Driver Integrato:Moduli che includono il controller/driver IC a bordo, semplificando la progettazione dell'interfaccia.

Package SMD (Surface-Mount Device):Per l'assemblaggio automatizzato, sebbene componenti a foro passante come questo siano ancora preferiti per prototipazione, riparazione e applicazioni che richiedono connessioni meccaniche robuste.

Il sistema di materiali AlInGaP stesso rappresenta una tecnologia matura e altamente ottimizzata per LED rossi, arancioni e gialli, bilanciando efficacemente prestazioni, affidabilità e costo.