Scheda Tecnica LTD-5023AJR - Display LED Super Rosso AlInGaP da 0.56 pollici - Altezza Cifra 14.22mm - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTD-5023AJR è un modulo display LED a sette segmenti ad alte prestazioni e basso consumo. La sua funzione principale è fornire un output numerico e alfanumerico limitato, chiaro e luminoso, per dispositivi elettronici che richiedono una lettura digitale. La tecnologia di base si fonda sul materiale semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio), progettato specificamente per produrre un colore super rosso con alta efficienza e affidabilità.

Il dispositivo è classificato come tipo a catodo comune, il che significa che tutti i catodi dei LED per ciascuna cifra sono collegati internamente. Questa configurazione semplifica il circuito di pilotaggio, specialmente per applicazioni multiplexate. Presenta un punto decimale a destra per cifra, consentendo una rappresentazione numerica flessibile. Il display è caratterizzato da una costruzione a stato solido, che offre vantaggi rispetto a tecnologie più datate come i display fluorescenti a vuoto o a incandescenza in termini di resistenza agli urti, durata ed efficienza energetica.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni ottiche sono centrali per la funzionalità di questo display. Il colore primario è definito "super rosso", ottenuto tramite chip AlInGaP. I parametri ottici chiave, misurati a una temperatura ambiente di 25°C, includono:

• Intensità Luminosa Media (I_V):Varia da un minimo di 320 µcd a un massimo tipico di 700 µcd quando pilotata con una corrente diretta (I_F) molto bassa di 1mA per segmento. Questa elevata luminosità a bassa corrente è una caratteristica significativa.
• Lunghezza d'Onda di Picco di Emissione (λ_p):Tipicamente 639 nanometri (nm). Definisce il punto specifico di massima intensità nello spettro della luce emessa.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Tipicamente 631 nm. Questa è la lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano ed è cruciale per la specifica del colore.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):Approssimativamente 20 nm. Questo parametro indica la purezza spettrale o la ristrettezza della banda di luce emessa.
• Rapporto di Uniformità dell'Intensità Luminosa (I_V-m):Massimo di 2:1 a I_F=1mA. Ciò garantisce l'uniformità della luminosità tra i diversi segmenti della stessa cifra, fondamentale per un aspetto visivo coerente.

Tutte le misurazioni dell'intensità luminosa vengono eseguite utilizzando una combinazione di sensore e filtro calibrata sulla curva di risposta fotopica dell'occhio CIE, garantendo la pertinenza dei dati per la visione umana.

2.2 Valori Elettrici e Assoluti Massimi

Il rispetto di questi valori è essenziale per un funzionamento affidabile e per prevenire danni permanenti al dispositivo.

• Corrente Diretta Continua per Segmento:Il massimo assoluto è 25 mA. Viene applicato un fattore di derating lineare di 0.33 mA/°C per temperature ambiente (T_A) superiori a 25°C.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:Massimo di 90 mA, ma solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1ms. Ciò consente un sovrapilotaggio breve per ottenere una luminosità di picco più elevata nei sistemi multiplexati.
• Dissipazione di Potenza per Segmento:Massimo di 70 mW. Questo limite, combinato con il valore nominale della corrente diretta, determina la massima tensione diretta ammissibile in condizioni operative.
• Tensione Inversa per Segmento:Massimo di 5 Volt. Superare questo valore può danneggiare la giunzione LED.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):Tipicamente 2.6V, con un massimo di 2.6V a una corrente di prova (I_F) di 20mA. Il minimo è indicato come 2V.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):Massimo di 100 µA quando viene applicata una tensione inversa (V_R) di 5V.

2.3 Specifiche Termiche e Ambientali

• Intervallo di Temperatura Operativa:-35°C a +85°C. Questo ampio intervallo rende il display adatto a varie condizioni ambientali, dai controlli industriali all'elettronica di consumo.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-35°C a +85°C.
• Temperatura di Saldatura:Il dispositivo può sopportare una temperatura di saldatura di 260°C per 3 secondi, misurata 1/16 di pollice (circa 1.6mm) sotto il piano di appoggio. Ciò è compatibile con i processi standard di saldatura a rifusione senza piombo.

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 di produzione in cui i display vengono suddivisi in base alla loro emissione luminosa misurata a una corrente di prova standard (probabilmente 1mA o 20mA). I bin sono definiti da valori di intensità minimi e/o tipici (ad esempio, l'intervallo 320-700 µcd). Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con livelli di luminosità coerenti per la loro applicazione, garantendo un aspetto uniforme tra più unità in un prodotto. Sebbene non dettagliato in questa specifica scheda, dispositivi simili hanno spesso bin per la tensione diretta (V_F) e la lunghezza d'onda dominante (λ_d) per garantire coerenza elettrica e cromatica.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a "Curve Caratteristiche Elettriche/Ottiche Tipiche". Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, le curve standard per un tale dispositivo includerebbero tipicamente:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Mostra la relazione esponenziale, cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente. La tensione di ginocchio è intorno al tipico V_Fdi 2.6V.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva I-L):Dimostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente, solitamente con una relazione quasi lineare nell'intervallo operativo. Evidenzia l'alta efficienza a basse correnti (1mA).
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Mostra la diminuzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura di giunzione, importante per applicazioni ad alta temperatura o alta potenza.
• Curva di Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, centrato intorno alla regione 631-639 nm con la specificata larghezza a mezza altezza di 20 nm.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni Fisiche

Il display presenta un'altezza della cifra di 0.56 pollici (14.22 mm). Viene fatto riferimento al disegno delle dimensioni del package, che specifica tutte le misure in millimetri con una tolleranza standard di ±0.25mm salvo diversa indicazione. Il package fisico ospita due cifre complete a sette segmenti più i rispettivi punti decimali.

5.2 Connessione dei Piedini e Circuito Interno

Il dispositivo ha una configurazione a 18 piedini. Il piedinatura è chiaramente definita:

• Piedini 1-12, 15-18: Connessioni anodo per i singoli segmenti (A-G, DP) per la Cifra 1 e la Cifra 2.
• Piedini 13 e 14: Catodo Comune rispettivamente per la Cifra 2 e la Cifra 1.

Lo schema del circuito interno mostra la disposizione a catodo comune: tutti i LED per una data cifra condividono un piedino catodo comune, mentre ogni segmento (e il punto decimale) ha il proprio piedino anodo indipendente. Questa è la configurazione standard per un display a più cifre a catodo comune.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

La specifica di assemblaggio chiave fornita è il profilo di saldatura: 260°C per 3 secondi in un punto a 1.6mm sotto il piano di appoggio. Ciò è in linea con gli standard IPC/JEDEC per la saldatura a rifusione di dispositivi a montaggio superficiale. Le migliori pratiche includono:

• Utilizzare un forno a rifusione controllato con un profilo che salga e scenda dalla temperatura di picco in modo appropriato per minimizzare lo stress termico.
• Evitare la saldatura manuale direttamente sul package del LED per prevenire il surriscaldamento e danneggiare i chip semiconduttori o la lente in plastica.
• Assicurarsi che il display sia conservato in un ambiente asciutto prima dell'assemblaggio per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare il fenomeno del "popcorning" durante la rifusione.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo display è ideale per applicazioni che richiedono letture numeriche chiare e a basso consumo:

• Strumentazione di Test e Misura:Multimetri, frequenzimetri, alimentatori.
• Controlli Industriali:Quadri di misura, indicatori di processo, display per timer.
• Elettronica di Consumo:Apparecchiature audio (amplificatori, ricevitori), elettrodomestici da cucina, orologi.
• Aftermarket Automobilistico:Manometri e strumenti diagnostici (dove le specifiche ambientali sono adatte).

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione di Corrente:I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Ogni piedino anodo deve essere pilotato attraverso una resistenza di limitazione della corrente in serie. Il valore della resistenza è calcolato come R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. È comune utilizzare il tipico V_Fdi 2.6V e una I_Fdesiderata di 5-10mA per una buona luminosità.
• Multiplexing:Per display a più cifre, si utilizza il multiplexing per controllare molti segmenti con meno piedini di pilotaggio. Ciò implica far ciclare rapidamente l'alimentazione tra il catodo comune di ciascuna cifra mentre si illuminano i segmenti corrispondenti. Il design a catodo comune del LTD-5023AJR è perfetto per questo. Il valore nominale di corrente di picco (90mA) consente correnti istantanee più elevate durante il breve impulso di multiplexing per ottenere una luminosità media paragonabile a una corrente continua più bassa.
• Interfaccia con Microcontrollore:Tipicamente richiede pin GPIO o un IC driver LED dedicato (come un registro a scorrimento o un driver a corrente costante) per controllare gli anodi e un transistor (NPN o MOSFET a canale N) per assorbire corrente da ciascun piedino catodo comune durante il multiplexing.
• Angolo di Visione:La scheda tecnica menziona un "ampio angolo di visione", vantaggioso per applicazioni in cui il display può essere visto da posizioni fuori asse.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LTD-5023AJR si differenzia attraverso diverse caratteristiche chiave:

• Tecnologia AlInGaP:Rispetto ai vecchi LED GaAsP o GaP, l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, specialmente nello spettro rosso/arancio/ambra, risultando in un'emissione più luminosa a correnti più basse.
• Funzionamento a Bassa Corrente:La selezione esplicita per eccellenti caratteristiche a bassa corrente (fino a 1mA/segmento) lo rende superiore per applicazioni alimentate a batteria o sensibili all'energia dove ogni milliampère conta.
• Uniformità dei Segmenti:La garanzia di un rapporto di uniformità dell'intensità luminosa (max 2:1) assicura coerenza visiva, che non è sempre garantita con display di qualità inferiore.
• Contrasto:La combinazione di una faccia grigio chiaro e un colore dei segmenti bianco, insieme all'alta luminosità, contribuisce a un'ottima apparenza dei caratteri e a un alto contrasto per una facile leggibilità.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo display direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V?

R: No. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione della corrente in serie con ciascun anodo. Per un'alimentazione di 5V e una corrente target di 10mA, la resistenza sarebbe circa (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ohm.

D: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e lunghezza d'onda dominante?

R: La lunghezza d'onda di picco è il punto fisico di massima emissione di energia dal LED. La lunghezza d'onda dominante è la percezione monocromatica del colore da parte dell'occhio umano, che può differire leggermente. Entrambe sono fornite per una specifica ottica completa.

D: Come posso utilizzare le due cifre in modo indipendente?

R: Le controlli tramite i loro separati piedini catodo comune (Piedino 14 per Cifra 1, Piedino 13 per Cifra 2). Portando un catodo a livello basso (massa) mentre si mantiene l'altro alto (disconnesso), si seleziona quale cifra è attiva. Quindi, si applica tensione ai piedini anodo per i segmenti che si desidera illuminare su quella cifra.

D: Questo display è adatto per uso esterno?

R: L'intervallo di temperatura operativa (-35°C a +85°C) è piuttosto robusto. Tuttavia, la scheda tecnica non specifica un grado di protezione IP contro polvere e acqua. Per uso esterno, richiederebbe probabilmente una copertura protettiva aggiuntiva o un involucro.

10. Esempio Pratico di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettare una semplice lettura voltmetrica a 2 cifre utilizzando un microcontrollore.

1. Connessione Hardware:Collegare i 18 piedini del display al sistema del microcontrollore. I due piedini catodo comune (13, 14) sono collegati a due transistor NPN (es. 2N3904), con i collettori dei transistor ai catodi, gli emettitori a massa e le basi ai pin GPIO del microcontrollore tramite resistenze di base. I 16 piedini anodo (per i segmenti A-G e DP di entrambe le cifre) sono collegati a 16 pin GPIO del microcontrollore, ciascuno tramite una resistenza di limitazione della corrente da 220-330 Ohm.
2. Logica Software (Multiplexing):Il firmware esegue un interrupt di timer ogni pochi millisecondi. Nella routine di servizio dell'interrupt:
   • Spegnere entrambi i transistor di pilotaggio del catodo (impostare i GPIO ad alto).
   • Impostare i GPIO per i piedini anodo corrispondenti ai segmenti che devono essere accesi per laCifra 1.
   • Accendere il transistor per il catodo dellaCifra 1(impostare il GPIO a basso).
   • Attendere per un breve periodo (es. 1-5ms).
   • Spegnere il catodo della Cifra 1.
   • Impostare i GPIO per i piedini anodo per laCifra 2.
   • Accendere il transistor per il catodo dellaCifra 2 cathode.
   • Attendere per un breve periodo.
   • Ripetere. L'occhio umano percepisce questo rapido commutamento come entrambe le cifre continuamente accese.
3. Calcolo della Corrente:Se ogni cifra è accesa per il 50% del tempo (ciclo di lavoro 50%) e si desidera una corrente media per segmento di 5mA, si imposta la corrente istantanea durante il suo tempo di accensione a 10mA. Il valore della resistenza verrebbe calcolato utilizzando questa cifra di 10mA.

11. Principio di Funzionamento

Il dispositivo opera sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione P-N semiconduttrice. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale intrinseco della giunzione (circa 2.0-2.6V per AlInGaP), gli elettroni del materiale di tipo N si ricombinano con le lacune del materiale di tipo P nella regione attiva. Questo evento di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione del reticolo cristallino AlInGaP determina l'energia del bandgap, che a sua volta determina direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa – in questo caso, nello spettro rosso (631-639 nm). I sette segmenti sono singoli chip LED disposti in un pattern a forma di otto. Alimentando selettivamente diverse combinazioni di questi segmenti, si possono formare le cifre 0-9 e alcune lettere.

12. Tendenze Tecnologiche e Contesto

Questo prodotto rappresenta un segmento maturo e altamente ottimizzato della tecnologia dei display LED. L'AlInGaP è un sistema di materiali ben consolidato per LED rossi, arancioni e ambra ad alta efficienza. Le tendenze attuali nella tecnologia dei display si stanno spostando verso soluzioni a colori completi e ad alta densità come OLED e micro-LED per grafica complessa. Tuttavia, i display LED a sette segmenti rimangono insostituibili nelle applicazioni che privilegiano affidabilità estrema, lunga durata (spesso superiore a 100.000 ore), basso costo, alta luminosità, semplicità di interfaccia ed eccellente leggibilità in varie condizioni di illuminazione. Gli sviluppi in questo campo si concentrano sull'ulteriore aumento dell'efficienza (lumen per watt), sul miglioramento dei rapporti di contrasto e sull'abilitazione di correnti di pilotaggio ancora più basse per dispositivi IoT a consumo ultra-basso, garantendo la continua rilevanza di questa tecnologia nelle applicazioni industriali, di strumentazione e di consumo specifiche per il futuro prevedibile.