Scheda Tecnica Display LED a Sette Segmenti LTF-2502KG - Altezza Cifra 0.26 Pollici - Verde AlInGaP - Tensione Diretta 2.6V - Potenza 70mW - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTF-2502KG è un modulo display LED a sette segmenti e cinque cifre, progettato per applicazioni di visualizzazione numerica. Presenta un'altezza cifra di 0.26 pollici (6.8 mm), garantendo caratteri nitidi e leggibili. Il dispositivo utilizza chip LED AlInGaP (Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio) cresciuti su substrato di GaAs, noti per la loro elevata efficienza e luminosità nello spettro verde. Il display offre un aspetto ad alto contrasto con segmenti luminosi bianchi su sfondo nero, migliorando la leggibilità in varie condizioni di illuminazione. I suoi mercati target principali includono l'elettronica di consumo, i pannelli di controllo industriali, la strumentazione e qualsiasi applicazione che richieda un display numerico compatto, affidabile e con eccellenti prestazioni visive.

1.1 Caratteristiche Principali

• Altezza cifra compatta di 0.26 pollici (6.8 mm).
• Illuminazione continua e uniforme dei segmenti per un aspetto dei caratteri coerente.
• Basso consumo energetico, adatto a dispositivi alimentati a batteria.
• Eccellente aspetto dei caratteri con elevata luminosità e contrasto.
• Ampio angolo di visuale per la visibilità da diverse posizioni.
• Elevata affidabilità grazie alla costruzione a stato solido.
• L'intensità luminosa è categorizzata (binning) per prestazioni uniformi.
• Package senza piombo conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).

1.2 Identificazione del Dispositivo

Il numero di parte LTF-2502KG denota specificamente un display ad anodo comune multiplex con LED verdi AlInGaP e configurazione del punto decimale a destra. Questa configurazione è ottimizzata per circuiti di pilotaggio multiplex, che riducono il numero di pin I/O del microcontrollore richiesti.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata delle caratteristiche elettriche e ottiche che definiscono l'intervallo di prestazioni del display e guidano la corretta progettazione del circuito.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre non è garantito.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la potenza massima che può essere dissipata in sicurezza sotto forma di calore da un singolo segmento LED.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:90 mA. È consentita solo in condizioni pulsate (duty cycle 1/10, larghezza impulso 0.1ms) per ottenere una luminosità istantanea molto elevata senza surriscaldamento.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa corrente si riduce linearmente al tasso di 0.33 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente (Ta) sopra i 25°C. Ad esempio, a 50°C, la corrente continua massima sarebbe circa 25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA.
• Intervallo di Temperatura Operativa:-35°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-35°C a +105°C.
• Condizione di Saldatura:Il dispositivo può resistere alla saldatura a onda con il punto di saldatura a 1/16 di pollice (≈1.6mm) sotto il piano di appoggio per 3 secondi a 260°C.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati a Ta=25°C in condizioni di test specificate.

• Intensità Luminosa Media (I_V):Questa è la misura primaria della luminosità.
  • MIN: 200 µcd, TIP: 540 µcd a I_F= 1 mA.
  • TIP: 5940 µcd a I_F= 10 mA. Questo mostra la relazione altamente non lineare tra corrente e emissione luminosa.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):571 nm (Tipica). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita è massima, collocandola nella regione verde dello spettro visibile.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):15 nm (Tipica). Indica la purezza spettrale; un valore più piccolo significa una luce più monocromatica.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):572 nm (Tipica). Questa è la lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che corrisponde strettamente alla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta per Chip (V_F):2.6V (Tipica), con una tolleranza di ±0.1V, a I_F= 20 mA. Questo è un parametro critico per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):100 µA (Massima) a V_R= 5V. Questo parametro è solo per scopi di test; è vietato il funzionamento in polarizzazione inversa continua.
• Rapporto di Uniformità dell'Intensità Luminosa:2:1 (Massimo). Garantisce l'uniformità tra i segmenti, il che significa che il segmento più luminoso non sarà più del doppio più luminoso del segmento più debole nelle stesse condizioni di pilotaggio.
• Cross Talk (Diafonia Ottica):≤2.5%. Specifica la quantità massima di dispersione luminosa non intenzionale da un segmento non alimentato quando un segmento adiacente è acceso.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il display utilizza un sistema di binning per l'intensità luminosa per garantire un livello di luminosità uniforme all'interno di una singola unità e tra più unità in un assemblaggio. I codici bin (F, G, H, J, K) rappresentano intervalli specifici di intensità luminosa minima in microcandele (µcd) misurati a I_F= 1 mA.

• Bin F:200 - 320 µcd
• Bin G:321 - 500 µcd
• Bin H:501 - 800 µcd
• Bin J:801 - 1300 µcd
• Bin K:1301 - 2100 µcd

Implicazioni di Progettazione:Per applicazioni che utilizzano due o più display in un unico assemblaggio, si raccomanda vivamente di utilizzare display dello stesso codice bin per evitare differenze evidenti di luminosità (disuniformità di tonalità) tra di loro.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene i grafici specifici non siano dettagliati nel testo fornito, le curve tipiche per un tale dispositivo includerebbero:

• Curva I-V (Corrente-Tensione):Mostra la relazione esponenziale tra tensione diretta e corrente. La curva avrà una tensione di ginocchio intorno a 2.0-2.2V, dopo la quale la corrente aumenta rapidamente con un piccolo aumento di tensione, evidenziando la necessità di regolazione della corrente, non della tensione.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:Una curva che mostra come l'emissione luminosa aumenti in modo super-lineare con la corrente a livelli inferiori e possa avvicinarsi alla saturazione a correnti più elevate. Ciò informa il compromesso tra luminosità ed efficienza/dissipazione di potenza.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Tipicamente mostra un coefficiente di temperatura negativo, dove l'emissione luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questo è cruciale per la progettazione in ambienti ad alta temperatura.
• Tensione Diretta vs. Temperatura Ambiente:Di solito mostra un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che V_Fdiminuisce leggermente all'aumentare della temperatura.
• Distribuzione Spettrale:Una curva a campana centrata intorno a 571-572 nm, con una larghezza definita dalla mezza altezza di 15 nm.

5. Informazioni Meccaniche e di Package

5.1 Dimensioni del Package

Il display ha un footprint standard a doppia fila (DIP). Le note dimensionali chiave includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri (mm).
• La tolleranza generale è ±0.25 mm salvo diversa specificazione.
• La tolleranza di spostamento della punta del piedino è ±0.4 mm.
• Limiti di difetto sulla faccia del display: materiale estraneo ≤10 mils, contaminazione da inchiostro ≤20 mils, bolle nel segmento ≤10 mils.
• La flessione del riflettore è limitata a ≤1% della sua lunghezza.
• Il diametro consigliato del foro PCB per i piedini è 1.0 mm.

5.2 Collegamento dei Piedini e Polarità

Il LTF-2502KG è un dispositivo adanodo comune multiplex. Ciò significa che gli anodi dei LED per ogni cifra sono collegati insieme internamente, mentre i catodi per ogni tipo di segmento (A-G, DP) sono collegati tra le cifre.

Piedinatura (DIP a 16 piedini):

• Piedino 1: Catodo E
• Piedino 2: Catodo D
• Piedino 3: Catodo DP (Punto Decimale)
• Piedino 4: Anodo Comune per Cifra 3
• Piedino 6: Catodo G
• Piedino 8: Catodo C
• Piedino 10: Anodo Comune per Cifra 5
• Piedino 11: Anodo Comune per Cifra 4
• Piedino 12: Catodo B
• Piedino 13: Catodo F
• Piedino 14: Anodo Comune per Cifra 2
• Piedino 15: Catodo A
• Piedino 16: Anodo Comune per Cifra 1
• Piedini 5, 7, 9: Nessun Collegamento (N/C)

Circuito Interno:Lo schema interno mostrerebbe cinque nodi ad anodo comune (uno per cifra), ciascuno collegato agli anodi di 7 segmenti (A-G) e del punto decimale (DP) per quella specifica cifra. Il catodo di ogni tipo di segmento (es. tutti i segmenti 'A') è collegato insieme attraverso tutte e cinque le cifre.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Onda

Viene fornito un profilo di temperatura di saldatura a onda consigliato. I parametri chiave includono:

• Una fase di preriscaldamento a una temperatura compresa tra 100-110°C per almeno 2 minuti per ridurre lo shock termico.
• Una temperatura di picco della saldatura nell'intervallo di 250-260°C.
• Il tempo trascorso entro 5°C da questa temperatura di picco dovrebbe essere di 3 a 5 secondi per garantire una corretta formazione del giunto di saldatura senza danneggiare il componente.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

7.1 Precauzioni di Progettazione e Utilizzo

Questi punti sono critici per un funzionamento affidabile a lungo termine:

• Progettazione del Circuito di Pilotaggio:Si raccomanda vivamente il pilotaggio a corrente costante rispetto a quello a tensione costante per garantire una luminosità uniforme e proteggere i LED. Il circuito deve essere progettato per accogliere l'intera gamma di tensione diretta (V_F= 2.5V a 2.7V).
• Protezione:Il circuito di pilotaggio deve incorporare protezioni contro tensioni inverse e picchi di tensione transitori durante l'accensione/spegnimento, poiché questi possono causare migrazione metallica e guasti.
• Gestione Termica:La corrente operativa deve essere ridotta in base alla temperatura ambiente massima. Superare le specifiche di corrente o temperatura porta a un grave degrado dell'emissione luminosa e a guasti prematuri.
• Ambientale:Evitare rapidi cambiamenti di temperatura in ambienti umidi per prevenire la condensa sul display.
• Meccanica:Non applicare forze anomale al corpo del display durante il montaggio. Se viene applicata una pellicola decorativa, evitare che prema direttamente contro un pannello frontale, poiché potrebbe spostarsi.
• Binning per Uso Multi-Display:Come detto, utilizzare display dello stesso bin di intensità luminosa per un aspetto uniforme.

7.2 Condizioni di Conservazione

Per prevenire l'ossidazione dei piedini e mantenere la saldabilità:

• Raccomandato:Conservare nella confezione originale a barriera di umidità.
• Temperatura:5°C a 30°C.
• Umidità:Inferiore al 60% UR.
• Gestione dell'Inventario:Evitare la conservazione a lungo termine di grandi quantità. Utilizzare i principi FIFO (First-In, First-Out). I prodotti conservati al di fuori di queste condizioni potrebbero richiedere una rielaborazione prima dell'uso.

8. Scenari Applicativi Tipici

Il LTF-2502KG è adatto a un'ampia gamma di applicazioni che richiedono un'indicazione numerica chiara e affidabile:

• Apparecchiature di Test e Misura:Multimetri digitali, contatori di frequenza, alimentatori.
• Controlli Industriali:Timer di processo, display contatori, letture di temperatura su macchinari.
• Elettronica di Consumo:Apparecchiature audio (volume/display di amplificatori), timer per elettrodomestici da cucina.
• Aftermarket Automobilistico:Quadranti e display per il monitoraggio delle prestazioni (dove sono soddisfatte le specifiche ambientali).
• Dispositivi Medici:Semplici display di parametri su apparecchiature non critiche (consultare il produttore per usi critici per la sicurezza).

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ad altre tecnologie di display a sette segmenti:

• vs. LED Rossi GaAsP/GaP:I LED verdi AlInGaP generalmente offrono un'efficienza luminosa e una luminosità maggiori, risultando in una migliore visibilità e potenzialmente un consumo energetico inferiore per la stessa luminosità percepita.
• vs. LCD:I LED sono emissivi, producono la propria luce, il che li rende di gran lunga superiori in condizioni di scarsa illuminazione e offre angoli di visuale più ampi senza la complessità della retroilluminazione. Sono anche generalmente più robusti e hanno un tempo di risposta più rapido.
• vs. Display con Cifre più Grandi:La dimensione di 0.26 pollici offre un equilibrio tra leggibilità e risparmio di spazio su scheda, rendendolo ideale per dispositivi compatti dove un display più grande sarebbe impraticabile.
• Vantaggio Chiave di questo Componente:La combinazione della tecnologia AlInGaP (per l'efficienza), della configurazione ad anodo comune multiplex (per la semplicità del driver) e dell'intensità luminosa categorizzata (per la coerenza) lo rende una scelta completa per progetti di produzione in serie sensibili ai costi.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

1. D: Perché si raccomanda il pilotaggio a corrente costante invece di usare una semplice resistenza con una sorgente di tensione?
   R: Sebbene una resistenza in serie sia comune, fornisce una regolazione imperfetta perché la tensione diretta del LED (V_F) varia con la temperatura e tra le singole unità. Una sorgente di corrente costante garantisce che la corrente (e quindi la luminosità) rimanga stabile indipendentemente da queste variazioni di V_F, portando a prestazioni più uniformi e affidabili.
2. D: Posso pilotare questo display direttamente con un microcontrollore?
   R: Per il multiplexing, sì, ma non direttamente per la corrente del segmento. I pin del microcontrollore hanno una capacità limitata di erogazione/assorbimento di corrente (tipicamente 20-25mA). È necessario utilizzare driver esterni (transistor o circuiti integrati driver LED dedicati) per gestire la corrente del segmento (fino a 25mA continui per segmento) e la corrente anodica cumulativa più elevata per la cifra.
3. D: Cosa significa il rapporto di uniformità dell'intensità luminosa 2:1 per il mio progetto?
   R: Significa che nel caso peggiore, un segmento potrebbe essere due volte più luminoso di un altro segmento sullo stesso display quando pilotato in modo identico. Un buon layout del circuito stampato (lunghezze/resistenze delle tracce uguali) e una corretta regolazione della corrente aiutano a minimizzare le differenze visibili. Per applicazioni critiche, è un'opzione la calibrazione software della luminosità per segmento.
4. D: L'umidità di conservazione è inferiore al 60% UR. Cosa succede se viene conservato in un ambiente più umido?
   R: L'elevata umidità può portare all'ossidazione della placcatura di stagno/senza piombo sui piedini, risultando in una scarsa saldabilità quando il componente viene infine utilizzato. Ciò può causare giunti di saldatura difettosi durante l'assemblaggio.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettare un semplice timer a 5 cifre.

1. Selezione del Microcontrollore:Scegliere un MCU con abbastanza pin I/O. Per un display multiplex a 5 cifre, 7 segmenti + DP, servono 5 pin per gli anodi delle cifre e 8 pin per i catodi dei segmenti, per un totale di 13 linee di controllo.
2. Circuito Driver:Utilizzare un array di driver a lato basso (es. un array di transistor Darlington ULN2003A) per assorbire la corrente per le 8 linee catodiche. Utilizzare singoli transistor NPN o un driver a lato alto per erogare corrente per le 5 linee anodiche.
3. Impostazione della Corrente:Determinare la luminosità richiesta. Per uso interno, 5-10mA per segmento potrebbero essere sufficienti. Calcolare le resistenze di limitazione della corrente per i driver anodici o configurare di conseguenza il proprio circuito integrato driver a corrente costante, ricordando di ridurre la corrente per la temperatura ambiente massima.
4. Software di Multiplexing:Scrivere un firmware che cicli attraverso ogni cifra, attivando il suo anodo e impostando il pattern catodico appropriato per il valore di quella cifra. La frequenza di aggiornamento dovrebbe essere abbastanza alta (es. >100Hz) per evitare sfarfallii visibili.
5. Layout PCB:Assicurarsi che le tracce di alimentazione per i driver anodici e catodici siano sufficientemente larghe. Mantenere il display vicino ai driver per minimizzare l'induttanza delle tracce.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Il LTF-2502KG si basa sull'elettroluminescenza dei semiconduttori. Quando una tensione di polarizzazione diretta che supera il potenziale di giunzione del diodo viene applicata alla giunzione p-n AlInGaP, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva. La loro ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione degli strati di Alluminio, Indio, Gallio e Fosfuro nella struttura epitassiale determina l'energia del bandgap, che definisce direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa – in questo caso, verde a ~572 nm. Il formato a sette segmenti è creato posizionando singoli chip LED (o array di chip) a forma di segmenti numerici standard, che sono poi interconnessi elettricamente in una matrice ad anodo comune e multiplex per minimizzare le connessioni esterne.

13. Tendenze Tecnologiche

Le tendenze nella tecnologia dei display LED a sette segmenti si concentrano su diverse aree chiave:

• Aumento dell'Efficienza:I continui miglioramenti nella scienza dei materiali per AlInGaP e l'ascesa dell'InGaN (per blu/verde/bianco) mirano a ottenere più lumen per watt, consentendo display più luminosi o un consumo energetico inferiore.
• Miniaturizzazione:C'è una costante spinta verso pitch di pixel più piccoli e densità più elevate, consentendo più cifre o informazioni nella stessa impronta, sebbene l'intervallo 0.2"-0.5" rimanga popolare per la leggibilità umana.
• Integrazione:Sempre più display incorporano il circuito integrato driver e talvolta anche un semplice controller (ad esempio per funzioni di orologio) nel package del modulo, semplificando la progettazione del circuito dell'utente finale.
• Affidabilità e Robustezza Migliorate:I miglioramenti nei materiali di packaging e nelle resine epossidiche aumentano la resistenza all'umidità, al ciclaggio termico e allo stress meccanico, ampliando la gamma degli ambienti operativi.
• Opzioni di Colore e RGB:Sebbene display monocromatici come questo verde siano prevalenti, c'è un uso crescente di display multicolore o RGB completi nei segmenti, consentendo l'indicazione dello stato (es. verde per normale, rosso per allarme) all'interno della stessa cifra.

Nonostante la proliferazione di display grafici a matrice di punti e OLED, il display LED a sette segmenti rimane una soluzione altamente conveniente, affidabile e facilmente leggibile per l'output numerico dedicato, garantendo la sua continua rilevanza nella progettazione elettronica.