LTC-5674JG LED Display Datasheet - Altezza cifra 0.52 pollici - Colore verde - Tensione diretta 2.6V - Dissipazione di potenza 70mW - Documentazione tecnica in inglese

1. Panoramica del prodotto

L'LTC-5674JG è un modulo di visualizzazione a LED numerico a tre cifre allo stato solido. La sua funzione principale è fornire letture numeriche chiare e ad alta visibilità in vari dispositivi elettronici e strumentazioni. La tecnologia di base utilizza chip LED AlInGaP (fosfuro di alluminio indio gallio) montati su un substrato GaAs non trasparente. Questo sistema di materiali è noto per la sua alta efficienza e l'eccellente purezza del colore nello spettro del verde. Il dispositivo è caratterizzato da un frontalino grigio e segmenti bianchi, che lavorano insieme per migliorare il contrasto e la leggibilità in diverse condizioni di illuminazione. Il display è progettato per applicazioni che richiedono un'indicazione numerica affidabile, di lunga durata ed energeticamente efficiente.

1.1 Vantaggi Fondamentali e Mercato di Riferimento

Il display offre numerosi vantaggi chiave che lo rendono adatto per applicazioni professionali e industriali. Il suo basso consumo energetico rappresenta un beneficio significativo per dispositivi alimentati a batteria o attenti all'efficienza energetica. L'ottima resa dei caratteri, unita all'elevata luminosità e all'alto contrasto, garantisce la leggibilità a distanza e in varie condizioni di luce ambientale. L'ampio angolo di visuale consente una buona lettura anche da posizioni fuori asse, aspetto cruciale in ambienti multiutente o quando il display non è rivolto direttamente verso l'utente. La costruzione a stato solido garantisce un'affidabilità intrinseca, senza parti in movimento e con un'elevata resistenza a urti e vibrazioni. Il dispositivo è classificato in base all'intensità luminosa, il che significa che le unità vengono raggruppate e selezionate in base alla loro emissione luminosa, permettendo ai progettisti di scegliere componenti per una luminosità uniforme in tutta una linea di prodotti. Infine, il package privo di piombo garantisce la conformità alle moderne normative ambientali come la RoHS. Il mercato target comprende pannelli di controllo industriali, apparecchiature di test e misurazione, dispositivi medici, cruscotti automobilistici (per display secondari) ed elettrodomestici dove è richiesta una presentazione chiara di dati numerici.

Approfondimento e Interpretazione Obiettiva dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e obiettiva dei principali parametri elettrici e ottici specificati nella scheda tecnica, spiegandone il significato per i progettisti.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale.

• Dissipazione di Potenza per Segmento (70 mW): Questa è la massima quantità di potenza elettrica che può essere convertita in calore (e luce) da un singolo segmento senza causare danni. Superare questo limite rischia di surriscaldare la giunzione del semiconduttore, portando a una riduzione della durata di vita o a un guasto catastrofico. I progettisti devono garantire che il circuito di pilotaggio limiti la corrente per mantenere la dissipazione di potenza al di sotto di questo valore, specialmente ad alte temperature ambientali.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento (60 mA @ 1 kHz, ciclo di lavoro 10%): Questa specifica consente un funzionamento in impulsi a correnti più elevate rispetto al valore continuo. Il ciclo di lavoro del 10% (acceso per il 10% del tempo, spento per il 90%) e la frequenza di 1 kHz prevengono l'accumulo di calore. Ciò può essere utilizzato per schemi di multiplexing o per ottenere una luminosità momentaneamente più elevata. È fondamentale che la corrente media nel tempo non superi il valore nominale continuo.
• Corrente continua in avanti per segmento (25 mA): La massima corrente continua che può essere applicata a un segmento indefinitamente in condizioni specificate (presumibilmente a 25°C). Questo è il parametro principale per progettare driver a corrente costante. Il fattore di derating di 0,33 mA/°C sopra i 25°C è cruciale. Ad esempio, a 85°C, la massima corrente continua ammissibile sarebbe: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0,33 mA/°C) = 25 mA - 19,8 mA = 5.2 mAQuesta severa riduzione della potenza nominale evidenzia l'importanza della gestione termica in ambienti ad alta temperatura.
• Tensione inversa per segmento (5 V): La massima tensione che può essere applicata in direzione inversa (catodo positivo rispetto all'anodo) prima che la giunzione del LED si rompa. Questo è un valore relativamente basso, tipico per i LED, che sottolinea la necessità di protezione nei circuiti in cui potrebbero verificarsi transitori di tensione inversa (ad esempio, durante le sequenze di accensione o con carichi induttivi).
• Operating & Storage Temperature Range (-35°C to +85°C): Definisce i limiti di temperatura ambiente per un funzionamento affidabile e per la conservazione in stato di non funzionamento. Le prestazioni agli estremi di temperatura saranno influenzate (ad esempio, l'intensità luminosa diminuisce alle alte temperature, la tensione diretta aumenta alle basse temperature).

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Questi sono i parametri di prestazione tipici e garantiti in condizioni di prova specificate.

• Intensità Luminosa Media Per Segmento (I_V): Questa è la misura chiave della luminosità.
  • Min/Tip/Max: 200 / 577 / 6346 μcd @ I_F=10mA: L'ampio intervallo da 200 a 6346 μcd indica un significativo processo di binning. Il tipico valore di 577 μcd rappresenta la mediana di prestazione attesa. I progettisti devono utilizzare il minimo valore (200 μcd) per i calcoli di luminosità nel caso peggiore, per garantire la leggibilità in tutte le condizioni. L'elevato valore massimo mostra la luminosità potenziale delle unità selezionate.
  • Nota sulle Condizioni di Test: L'intensità luminosa viene misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla curva di risposta dell'occhio fotopico (adattato al giorno) CIE (V(λ)). Ciò garantisce che la misurazione sia correlata alla percezione umana della luminosità, non solo alla potenza radiante grezza.
• Tensione Diretta Per Segmento (V_F): Tip/Max: 2.1 / 2.6 V @ I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. Il massimo Il valore di 2,6V è critico per la progettazione dell'alimentatore o del circuito di pilotaggio; deve fornire almeno questa tensione per garantire che tutte le unità si accendano correttamente. La variazione (da 2,1V a 2,6V) è dovuta alle normali tolleranze di produzione dei semiconduttori.
• Lunghezza d'onda di emissione di picco (λ_p): Typ: 571 nm @ I_F=20mA. Questa è la lunghezza d'onda alla quale il LED emette la massima potenza ottica. 571 nm si trova nella regione giallo-verde dello spettro visibile. Questo parametro è fissato dalla composizione del materiale AlInGaP.
• Lunghezza d'onda dominante (λ_d): Tip: 572 nm. Leggermente diversa dalla lunghezza d'onda di picco, questa è l'unica lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano come corrispondente al colore del LED. È il principale determinante del colore visualizzato.
• Larghezza a Metà Altezza della Linea Spettrale (Δλ): Typ: 15 nm. Questo parametro misura l'ampiezza dello spettro emesso. Un valore di 15 nm indica un colore verde relativamente puro e a banda stretta, desiderabile per un'elevata saturazione cromatica.
• Corrente inversa per segmento (I_R): Max: 100 μA @ V_R=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il LED è polarizzato inversamente al suo valore massimo nominale. Generalmente è trascurabile nella progettazione dei circuiti.
• Rapporto di corrispondenza dell'intensità luminosa (I_V-m): Max: 2:1 @ I_F=1mA. Questo è un parametro critico per display multi-segmento. Garantisce che all'interno di un singolo dispositivo, la luminosità del segmento più debole non sia inferiore alla metà della luminosità del segmento più luminoso (rapporto 2:1). Ciò assicura un aspetto uniforme di tutte le cifre e i segmenti.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il datasheet dichiara esplicitamente che il dispositivo è \"categorizzato per intensità luminosa\". Ciò implica un processo di binning in cui le unità prodotte vengono testate e suddivise in diversi gruppi (bin) in base alla loro emissione luminosa misurata a una corrente di prova standard (probabilmente 10mA o 20mA).

• Scopo: Fornire ai progettisti livelli di luminosità prevedibili e coerenti. Acquistando componenti da un bin specifico, un ingegnere può garantire che tutti i display di una produzione abbiano una luminosità simile, evitando variazioni evidenti tra le unità di un prodotto.
• Evidenza nel Datasheet: L'intervallo molto ampio specificato per l'Intensità Luminosa (da 200 a 6346 μcd) suggerisce fortemente che si tratti della dispersione totale tra tutti i bin. Un codice d'ordine specifico o un suffisso (non dettagliato in questo estratto) indicherebbe tipicamente il grado del bin.
• Implicazioni Progettuali: Per applicazioni in cui la coerenza della luminosità è fondamentale (ad esempio, pannelli strumentali), il progettista deve specificare il bin richiesto al momento dell'ordine. L'utilizzo di un mix casuale di bin potrebbe portare a variazioni di luminosità inaccettabili.

4. Analisi della Curva di Prestazione

Sebbene l'estratto PDF fornito menzioni "Curve Caratteristiche Elettriche/Ottiche Tipiche", i grafici specifici non sono inclusi nel testo. Sulla base del comportamento standard dei LED, possiamo dedurre il probabile contenuto e la sua importanza.

4.1 Informazioni Deducibili dalle Curve

• Corrente Diretta (I_F) vs. Tensione Diretta (V_F) Curva: Questo grafico mostrerebbe la relazione esponenziale tipica di un diodo. Aiuta i progettisti a comprendere la resistenza dinamica del LED e la tensione precisa richiesta per una data corrente di pilotaggio, aspetto particolarmente importante quando si utilizza una semplice limitazione di corrente basata su resistore.
• Intensità Luminosa (I_V) vs. Corrente Diretta (I_F) Curva: Questo è cruciale. Mostrerebbe come la luminosità aumenti con la corrente. Tipicamente è lineare in un certo intervallo, ma satura a correnti molto elevate a causa degli effetti termici e dell'efficienza droop. Questa curva consente ai progettisti di bilanciare luminosità, consumo energetico e generazione di calore.
• Intensità Luminosa (I_V) vs. Curva della Temperatura Ambiente: Questo grafico quantificherebbe la riduzione della luminosità all'aumentare della temperatura. I LED AlInGaP generalmente hanno prestazioni migliori ad alte temperature rispetto a tecnologie più vecchie come il GaP, ma la luminosità diminuisce comunque. Questi dati sono essenziali per progettare sistemi che funzionino in modo affidabile in tutto l'intervallo di temperatura.
• Curva Intensità Relativa vs. Lunghezza d'Onda (Spettro): Ciò rappresenterebbe visivamente il picco di emissione ristretto attorno a 571-572 nm con la semilarghezza di 15 nm, confermando la purezza del colore.

Importanza: Queste curve forniscono dati sulle prestazioni dinamiche che le tabelle statiche non possono offrire. Consentono la modellazione predittiva del comportamento del display in condizioni operative reali e non standard.

5. Mechanical and Packaging Information

5.1 Dimensioni Fisiche

Il datasheet include un diagramma "PACKAGE DIMENSIONS" (dettagli non nel testo). Le caratteristiche principali di un tipico display a tre cifre da 0,52 pollici includono la lunghezza, larghezza e altezza complessive, l'altezza della cifra (13,2 mm), la larghezza del segmento e la spaziatura tra le cifre. Il piano di appoggio e la posizione dei terminali sono definiti. Tutte le dimensioni hanno una tolleranza di ±0,25 mm salvo diversa indicazione, il che è standard per questo tipo di componente e deve essere considerato nella progettazione del footprint del PCB e nei ritagli del pannello.

5.2 Connessione dei Pin e Circuito Interno

Il dispositivo ha un anodo comune configurazione. Ciò significa che gli anodi di tutti i LED per una determinata cifra sono collegati internamente. La tabella del pinout è essenziale:

• Cifre: Common anodes for Digit 1, 2, and 3 are available on pins 12, 13, 27, 28, 29 (note: pins 13 & 28 both for Digit 2; 12 & 29 both for Digit 1; 27 for Digit 3). This duplication provides layout flexibility.
• Segmenti: I catodi individuali per i segmenti da A a G si trovano rispettivamente sui pin 23, 16, 17, 18, 22, 21, 20.
• Punti Decimali: Tre pin catodici separati per il punto decimale di ciascuna cifra (DP1, DP2, DP3) sui pin 26, 19/10, 24. I pin 19 e 10 sono entrambi collegati al DP per la Cifra 2.
• Punti No Connection (NC): Diversi pin (1-11, 15, 30) sono contrassegnati come \"NO CONNECTION\". Questi non hanno alcuna connessione elettrica interna e possono essere lasciati flottanti o utilizzati per la stabilità meccanica durante la saldatura.
• Schema Circuitale Interno: Ciò mostrerebbe l'anodo comune di ogni cifra collegato al/i proprio/i pin, con il catodo di ogni LED di segmento collegato al rispettivo pin. Comprendere ciò è fondamentale per progettare il circuito driver di multiplexing.

6. Linee guida per la saldatura e l'assemblaggio

Il datasheet specifica una singola condizione di saldatura: 1/16 di pollice (circa 1,6 mm) sotto il piano di appoggio per 3 secondi a 260°C.

• Interpretazione: Questa è una linea guida per la saldatura a onda o manuale. Indica che i terminali possono resistere all'immersione nella lega di saldatura a 260°C per una breve durata. L'istruzione "sotto il piano di appoggio" impedisce che la lega salga troppo lungo il terminale, il che potrebbe causare stress termico o meccanico sul package.
• Reflow Soldering: Il datasheet non fornisce un profilo di rifusione. Per l'assemblaggio SMT moderno (sebbene questo sembri essere un dispositivo a foro passante), un profilo di rifusione standard senza piombo con una temperatura di picco di circa 245-260°C sarebbe probabilmente accettabile, ma la temperatura massima del corpo del package deve essere monitorata per rimanere entro il limite di temperatura di conservazione (85°C).
• Precauzioni Generali:
  • Evitare stress meccanici eccessivi sui terminali durante l'inserimento.
  • Utilizzare un flussante appropriato e assicurare una pulizia completa se necessario per prevenire la corrosione.
  • Non superare il tempo e la temperatura di saldatura specificati per evitare di danneggiare i wire bonds interni o i chip LED.
• Condizioni di conservazione: Conservare nell'intervallo 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 saldatura.

7. Suggerimenti applicativi e considerazioni di progettazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Quadri di Controllo Industriali: Per la visualizzazione di setpoint, valori di processo (temperatura, pressione, conteggio), letture di timer.
• Test & Measurement Equipment: Multimetri digitali, contatori di frequenza, alimentatori, oscilloscopi (per letture secondarie).
• Dispositivi Medici: Monitor per pazienti (per parametri non critici), pompe per infusione, apparecchiature diagnostiche.
• Automotive Aftermarket/Display Secondari: Computer di viaggio, manometri per sovralimentazione, monitor di tensione.
• Elettrodomestici Consumer/Commerciali: Forni a microonde, macchine per il caffè, attrezzature per il fitness, terminali di punto vendita.

7.2 Considerazioni Critiche di Progettazione

• Current Limiting: I LED sono dispositivi pilotati a corrente. Utilizzare sempre una resistenza di limitazione di corrente o un circuito driver a corrente costante. Calcolare il valore della resistenza utilizzando la massimo tensione diretta (2.6V) e la corrente desiderata (≤25 mA ridotta per la temperatura) dalla tensione di alimentazione (V_{alimentazione}): R = (V_{alimentazione} - V_{F_max}) / I_F.
• Guida Multiplexing: For a multi-digit anodo comune display, multiplexing is the standard driving technique. A microcontroller sequentially turns on one digit's anodo comune at a time while applying the catodo pattern for that digit's number. The refresh rate must be high enough (typically >60 Hz) to avoid visible flicker.
  • Calcolo della Corrente: Nel multiplexing, poiché ogni cifra è accesa solo per una frazione del tempo (1/3 per un display a 3 cifre), la istantanea La corrente di segmento può essere maggiore per ottenere la stessa luminosità media. Se si desidera una corrente media di 10 mA per segmento e si hanno 3 cifre multiplexate con ciclo di lavoro uguale, si potrebbe utilizzare una corrente di picco istantanea di 30 mA. Ciò deve comunque rispettare il corrente di picco in avanti rating (60 mA in condizioni pulsate).
• Gestione Termica: Considerare la dissipazione di potenza (70 mW per segmento max). Se si pilotano più segmenti di una cifra in modo continuo, il calore può accumularsi. Assicurare un adeguato flusso d'aria o dissipazione se si opera vicino ai valori massimi, specialmente ad alte temperature ambientali. Ricordare la regola di derating della corrente.
• Angolo di Visuale: Posizionare il display in modo che l'asse di visione previsto sia allineato con l'angolo di visuale ottimale del dispositivo (tipicamente perpendicolare alla superficie).
• Protezione ESD: Sebbene non sia esplicitamente dichiarato, i LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche. Implementare le precauzioni standard di manipolazione ESD durante l'assemblaggio.

8. Technical Comparison and Differentiation

Sebbene non venga fornito un confronto diretto con altri numeri di parte, possiamo evidenziare i vantaggi intrinseci della tecnologia AlInGaP utilizzata in questo display rispetto a tecnologie più datate o alternative:

• vs. LED verdi tradizionali in GaP (Fosfuro di Gallio): AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente superiore, producendo display molto più luminosi a parità di corrente di pilotaggio. In genere presenta anche prestazioni migliori alle alte temperature e una maggiore stabilità del colore.
• vs. LED blu/bianchi ad alta luminosità in GaN (nitruro di gallio) con filtri: Per produrre luce verde, si potrebbe utilizzare un LED blu in GaN con fosforo (che produce luce bianca) e un filtro verde, ma questo metodo è intrinsecamente meno efficiente di un LED verde a emissione diretta come l'AlInGaP, poiché il filtro assorbe la maggior parte della luce. L'emissione diretta fornisce un colore più puro e una maggiore efficienza per il verde monocromatico.
• vs. VFD (Vacuum Fluorescent Display) o LCD con retroilluminazione: Questo display a LED è a stato solido, più robusto, ha un intervallo di temperatura operativa più ampio e richiede un'elettronica di pilotaggio CC più semplice e a tensione inferiore rispetto ai VFD (che necessitano di alta tensione). Rispetto agli LCD, offre angoli di visione, luminosità e prestazioni in ambienti a bassa temperatura superiori, sebbene consumi più energia per display multi-segmento e sia limitato all'emissione di luce, non alla formazione di grafica arbitraria.

9. Frequently Asked Questions (Based on Technical Parameters)

1. D: Posso pilotare questo display direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V? R: No. Un pin di un microcontrollore tipicamente fornisce/assorbe un massimo di 20-25mA ed è a 5V (o 3.3V). La tensione diretta del LED è ~2.1-2.6V. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione della corrente. Per un'alimentazione a 5V e un obiettivo di 20mA: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120Ω. Il pin del MCU potrebbe non essere in grado di fornire 20mA in modo continuativo; utilizzare un transistor o un driver IC.
2. Q: Perché l'intervallo di intensità luminosa è così ampio (da 200 a 6346 μcd)? A: Ciò riflette la binning Process. Le unità vengono selezionate dopo la produzione. Si acquista da uno specifico contenitore (ad esempio, un contenitore da 1000-2000 μcd) per ottenere una luminosità uniforme. Il datasheet mostra la possibile dispersione totale.
3. D: Cosa significa "anodo comune" per il mio progetto di circuito? R: Significa che si controlla il display commutando la tensione positiva (anodo) a ciascuna cifra acceso/spento, mentre il microcontrollore o il driver IC mette a massa i catodo pin appropriati per accendere segmenti specifici. Questo è l'opposto di un display a catodo comune.
4. D: La curva di derating indica che posso utilizzare solo 5,2 mA a 85°C. Il mio display risulterà troppo poco luminoso? R: Possibilmente. È necessario verificare le curve dell'Intensità Luminosa in funzione della Corrente e della Temperatura. A corrente più bassa e temperatura più elevata, la luminosità diminuisce in modo significativo. Per un funzionamento ad alta temperatura, potrebbe essere necessario selezionare inizialmente un bin di luminosità più elevato o accettare un display meno luminoso. La gestione termica per ridurre la temperatura di giunzione del LED è fondamentale.
5. D: Come si collegano i punti decimali? A: Sono LED separati con i propri catodi (pin 26, 19/10, 24). Trattali come un segmento aggiuntivo ("DP"). Per illuminare il decimale sulla Cifra 1, dovrai mettere a massa il pin 26 mentre l'anodo della Cifra 1 è alimentato.

10. Studio di caso di progettazione e utilizzo pratico

Scenario: Progettazione di un termometro a 3 cifre per un forno industriale.

1. Requisiti: Intervallo di visualizzazione 0-999°C. Deve funzionare in ambienti fino a 70°C. Deve essere chiaramente leggibile da una distanza di 2 metri in una fabbrica ben illuminata.
2. Selezione dei componenti: L'LTC-5674JG è adatto grazie al suo intervallo di temperatura (-35 a +85°C) e all'elevata luminosità.
3. Calcolo della Luminosità: A 70°C ambiente, ridurre la corrente continua: 25 mA - ((70-25)*0.33) ≈ 25 - 14.85 = 10.15 mA massimo in continuo. Per il multiplexing di 3 cifre, utilizzare un duty cycle di 1/3. Per ottenere una buona luminosità media, utilizzare una corrente di picco di 25 mA (entro il limite in impulso di 60mA). Corrente media per segmento = 25mA / 3 ≈ 8.3 mA, sicura per la temperatura.
4. Circuito di Pilotaggio: Utilizzare un microcontrollore con un numero sufficiente di pin I/O. Impiegare 3 transistor NPN (o MOSFET a canale P) per commutare i 3 pin ad anodo comune (Cifre 1,2,3) verso Vcc. Utilizzare resistenze di limitazione della corrente su ciascuna delle linee catodiche dei 7 segmenti (A-G). I punti decimali potrebbero non essere utilizzati. Il microcontrollore esegue una routine di multiplexing, attivando un transistor per cifra alla volta e inviando il codice a 7 segmenti per quella cifra.
5. Considerazione Termica: Montare il display sul pannello esterno dove è presente un certo flusso d'aria. Evitare di posizionarlo direttamente accanto a una fonte di calore principale sul PCB.
6. Risultato: Un display affidabile e luminoso che soddisfa i requisiti ambientali e di leggibilità.

11. Introduzione al Principio Tecnologico

L'LTC-5674JG si basa su AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) tecnologia dei semiconduttori cresciuta su un GaAs (Arseniuro di Gallio) substrato. Questo sistema di materiali presenta un bandgap diretto corrispondente all'emissione di luce nelle regioni rossa, arancione, gialla e verde dello spettro. Il colore specifico (verde 571-572 nm) si ottiene controllando con precisione i rapporti di Alluminio, Indio, Gallio e Fosforo durante la crescita del cristallo. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, gli elettroni e le lacune si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). Il substrato di GaAs non trasparente assorbe parte della luce emessa, ma i moderni design dei chip e le geometrie di estrazione efficienti consentono un'elevata efficienza quantica esterna. La "faccia grigia e i segmenti bianchi" fanno parte del package in plastica. La faccia grigia (spesso grigio scuro o nera) funge da sfondo a bassa riflettanza per migliorare il contrasto. I segmenti bianchi sono aree diffusrici di luce posizionate direttamente sopra i minuscoli chip LED, che distribuiscono uniformemente la luce puntiforme sull'area del segmento per creare un aspetto luminoso e uniforme.

Terminologia delle Specifiche LED

Spiegazione completa dei termini tecnici LED