Scheda Tecnica Display LED LTC-4724JF - Altezza Cifra 0.4 Pollici - Colore Giallo-Arancio - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTC-4724JF è un modulo display LED compatto e ad alte prestazioni a tre cifre con sette segmenti. La sua funzione principale è fornire indicazioni numeriche chiare e luminose in vari dispositivi elettronici e strumentazione. Il dispositivo è realizzato utilizzando la tecnologia avanzata dei semiconduttori AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio), nota per produrre un'emissione luminosa ad alta efficienza nello spettro giallo-arancio. Questa specifica scelta del materiale si traduce in un'eccellente intensità luminosa e purezza del colore. Il display presenta una facciata grigia con marcature dei segmenti bianche, creando un aspetto ad alto contrasto che migliora la leggibilità in diverse condizioni di illuminazione. È progettato come tipo a catodo comune multiplexato, una configurazione standard per display multi-cifra che minimizza il numero di piedini di pilotaggio richiesti.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

L'LTC-4724JF offre diversi vantaggi distintivi per progettisti e ingegneri:

• Dimensioni Compatte con Alta Leggibilità:L'altezza della cifra di 0.4 pollici (10.0 mm) offre un buon equilibrio tra design compatto e visibilità chiara, rendendolo adatto per strumenti da pannello, apparecchiature di test ed elettronica di consumo dove lo spazio sul frontale è limitato.
• Prestazioni Ottiche Superiori:L'uso dei chip AlInGaP garantisce alta luminosità ed eccellente contrasto. I segmenti continui e uniformi assicurano un aspetto del carattere coerente e professionale, senza spazi vuoti o punti scuri.
• Efficienza Energetica:Ha un basso requisito di potenza, vantaggioso per applicazioni alimentate a batteria o attente al consumo energetico. La tensione diretta tipica è relativamente bassa, riducendo il consumo energetico complessivo del sottosistema di visualizzazione.
• Ampio Angolo di Visione:Il display mantiene una buona visibilità su un ampio angolo, garantendo che l'indicazione possa essere vista da varie posizioni, aspetto critico per le apparecchiature montate su pannello.
• Alta Affidabilità:Essendo un dispositivo a stato solido, offre una lunga vita operativa e robustezza contro vibrazioni e urti rispetto ai display meccanici.
• Garanzia di Qualità:I dispositivi sono categorizzati (binnati) per intensità luminosa. Ciò significa che le unità sono selezionate in base alla loro emissione luminosa misurata, permettendo ai progettisti di scegliere livelli di luminosità coerenti per le loro applicazioni, prevenendo un'illuminazione non uniforme in configurazioni multi-display.
• Conformità Ambientale:Il package è privo di piombo, conforme alla direttiva RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), rendendolo adatto per l'uso in prodotti venduti in mercati con normative ambientali severe.

2. Specifiche Tecniche e Interpretazione Approfondita

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata dei parametri elettrici e ottici che definiscono i limiti di prestazione e le condizioni operative dell'LTC-4724JF.

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 massima potenza che può essere dissipata in sicurezza come calore da un singolo segmento LED. Superarla può portare a surriscaldamento e degrado accelerato della giunzione semiconduttrice.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:90 mA (in condizioni pulsate: ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms). Questo valore è per impulsi di breve durata, spesso usati negli schemi di multiplexing per ottenere una luminosità di picco più elevata.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa è la massima corrente DC consigliata per il funzionamento continuo. La scheda tecnica specifica un fattore di derating di 0.33 mA/°C sopra i 25°C. Ad esempio, a una temperatura ambiente (Ta) di 65°C, la corrente continua massima ammissibile sarebbe: 25 mA - [ (65°C - 25°C) * 0.33 mA/°C ] = 25 mA - 13.2 mA =11.8 mA. Questo derating è cruciale per la gestione termica e l'affidabilità a lungo termine.
• Intervallo di Temperatura Operativa & di Conservazione:-35°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per intervalli di temperatura industriali, adatto per ambienti al di fuori delle tipiche condizioni d'ufficio.
• Condizione di Saldatura:260°C per 3 secondi, misurata 1/16 di pollice (circa 1.6 mm) sotto il piano di appoggio. Questa guida il profilo di rifusione per l'assemblaggio su PCB.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche (Tipiche a 25°C)

Questi sono i parametri di prestazione tipici in condizioni di test specificate, che rappresentano il comportamento atteso del dispositivo.

• Intensità Luminosa Media (I_V):200 a 650 µcd (microcandele) a I_F=1mA. Questo ampio intervallo indica il processo di binning. Il minimo è 200 µcd, ma le unità tipiche saranno più luminose. La corrente di test di 1mA è una condizione standard a bassa corrente per confrontare la luminosità.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):611 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'output spettrale del LED è alla sua massima intensità. Definisce il colore percepito "giallo-arancio".
• Larghezza a Metà Altezza della Linea Spettrale (Δλ):17 nm. Questa misura l'ampiezza delle lunghezze d'onda della luce emessa. Un valore di 17 nm indica un'emissione di colore relativamente stretta e pura, caratteristica della tecnologia AlInGaP.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):605 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda che meglio rappresenta il colore percepito della luce dall'occhio umano, leggermente diversa dalla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):2.05V a 2.6V a I_F=20mA. Questo è un parametro critico per il progetto del driver. Il circuito di pilotaggio deve essere in grado di fornire almeno 2.6V per garantire che la corrente desiderata di 20mA scorra attraverso tutti i segmenti, anche quelli all'estremità alta della V_F distribution.
• Corrente Inversa (I_R):100 µA massimo a V_R=5V. Questo specifica la massima corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente. Sebbene piccola, conferma la caratteristica di blocco del diodo.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):2:1 massimo a I_F=10mA. Questo è il rapporto massimo ammissibile tra il segmento più luminoso e quello più debole all'interno di una singola cifra o tra segmenti identici su cifre diverse. Un rapporto di 2:1 garantisce uniformità visiva.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

L'LTC-4724JF utilizza un sistema di binning principalmente perIntensità Luminosa. Come indicato dall'intervallo di I_V(200-650 µcd), le unità sono testate e suddivise in diversi bin in base alla loro emissione luminosa a una corrente di test standard (1mA). Questo permette ai clienti di:

• Garantire la Coerenza:Per applicazioni che utilizzano più display (ad es., uno strumento multi-cifra), ordinare parti dallo stesso bin di intensità garantisce che tutte le cifre abbiano una luminosità corrispondente, prevenendo un aspetto irregolare e a chiazze.
• Selezionare in Base alle Esigenze dell'Applicazione:Un progetto che richiede luminosità molto elevata potrebbe specificare unità da un bin di intensità più alta, mentre un progetto sensibile alla potenza potrebbe utilizzare un bin più basso.

La scheda tecnica non menziona esplicitamente bin separati per lunghezza d'onda (colore) o tensione diretta per questo specifico numero di parte, implicando che il processo AlInGaP garantisce un controllo sufficientemente stretto su questi parametri, o che sono inclusi nel binning primario dell'intensità.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

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

• Corrente vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Mostra la relazione esponenziale. La curva avrà un "ginocchio" intorno alla V_Ftipica (2.05-2.6V). Pilotare con una corrente costante, come raccomandato, garantisce una luminosità stabile indipendentemente da minime variazioni della V_F variations.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (I_Vvs. I_F):Generalmente mostra una relazione quasi lineare a correnti più basse, potenzialmente saturando a correnti molto elevate. Questo grafico aiuta a determinare la corrente di pilotaggio necessaria per raggiungere una luminosità target.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Mostra come l'emissione luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura. Questo è vitale per progettare sistemi che operano in ambienti ad alta temperatura, poiché la corrente di pilotaggio potrebbe dover essere aumentata (entro i limiti) per compensare.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, centrato intorno a 611 nm con una larghezza di 17 nm a metà dell'intensità di picco (FWHM).

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

L'LTC-4724JF è disponibile in un formato standard through-hole DIP (Dual In-line Package). Il disegno (riferito a pagina 3) fornisce tutte le dimensioni critiche, inclusa la lunghezza totale, larghezza, altezza, spaziatura delle cifre, passo dei terminali e diametro dei terminali. La nota specifica che tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.25 mm salvo diversa indicazione. Queste informazioni sono essenziali per il progetto dell'impronta PCB, la dimensione del foro sul pannello e per garantire il corretto montaggio meccanico nel prodotto finale.

5.2 Collegamento dei Piedini e Circuito Interno

Il dispositivo ha una configurazione a 14 piedini (con alcuni piedini contrassegnati "NO PIN"). Lo schema del circuito interno (pagina 4) rivela un'architettura a catodo comune multiplexata:

• Catodi Comuni:I piedini 1, 5 e 7 sono rispettivamente i catodi per la Cifra 1, Cifra 2 e Cifra 3. Il piedino 14 è un catodo comune per i tre punti decimali di destra (L1, L2, L3).
• Anodi dei Segmenti:Gli anodi per i sette segmenti principali (A, B, C, D, E, F, G) e i punti decimali sono portati su piedini individuali (ad es., Piedino 12 = Segmento A, Piedino 2 = Segmento E).

Per illuminare un segmento specifico su una cifra specifica, il corrispondente piedino anodo del segmento deve essere portato alto (con una resistenza di limitazione di corrente) e il piedino catodo per quella cifra deve essere portato a basso (messo a massa). Questa tecnica di multiplexing permette di controllare 3 cifre e i loro segmenti con soli 14 piedini invece di 24+ piedini se ogni segmento fosse cablato indipendentemente.

6. Linee Guida per Saldatura, Assemblaggio e Conservazione

6.1 Saldatura e Assemblaggio

• Rifusione (Reflow):Seguire la condizione specificata: 260°C per 3 secondi. Questo dovrebbe essere integrato in un profilo standard di rifusione senza piombo.
• Stress Meccanico:Evitare di applicare forze anomale al corpo del display durante l'assemblaggio. Utilizzare strumenti adatti per prevenire la rottura del package in epossidico o danni ai bond interni.
• Condensa:Evitare rapidi cambiamenti di temperatura in ambienti umidi per prevenire la formazione di condensa sul display, che potrebbe causare cortocircuiti elettrici o corrosione.
• Applicazione di Pellicole:Se si utilizza una pellicola decorativa o un filtro, notare che viene utilizzato un adesivo sensibile alla pressione. Evitare che il lato della pellicola prema direttamente contro un pannello frontale, poiché una forza esterna potrebbe spostarla.

6.2 Condizioni di Conservazione

Una corretta conservazione è fondamentale per prevenire l'ossidazione dei terminali stagnati, che può causare scarsa saldabilità.

• Per Display Through-Hole (LTC-4724JF):Conservare nella confezione originale a 5°C - 30°C e sotto il 60% di UR. Se la busta barriera all'umidità viene aperta per più di 6 mesi, eseguire un trattamento di "baking" a 60°C per 48 ore prima dell'uso e assemblare entro una settimana.
• Principio Generale:Consumare le scorte prontamente. Lo stoccaggio a lungo termine di grandi quantità è sconsigliato. Se i terminali appaiono ossidati, potrebbe essere necessaria una ristagnatura prima dell'assemblaggio.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

7.1 Scenari Applicativi Tipici

L'LTC-4724JF è ideale per applicazioni che richiedono display numerici chiari e affidabili, come:

• Strumenti digitali da pannello (tensione, corrente, temperatura)
• Apparecchiature di test e misura
• Indicazioni per sistemi di controllo industriale
• Elettrodomestici (microonde, bilance, apparecchi audio)
• Dispositivi medici (dove l'affidabilità eccezionale non è responsabilità esclusiva di questo componente - vedere le Avvertenze)

7.2 Considerazioni Critiche di Progetto

• Progetto del Circuito di Pilotaggio:
  • Pilotaggio a Corrente Costante:Fortemente raccomandato rispetto al pilotaggio a tensione costante. Garantisce una luminosità del segmento costante indipendentemente dalle variazioni di V_Fe fornisce una protezione intrinseca contro la fuga termica.
  • Resistenze di Limitazione di Corrente:Se si utilizza un pilotaggio semplice basato su resistenza, calcolare il valore della resistenza in base alla tensione di alimentazione (V_CC), la massima V_Fattesa (2.6V) e la I_Fdesiderata. Esempio: Per V_CC=5V e I_F=10mA, R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240Ω. Utilizzare il valore standard successivo (ad es., 240Ω o 220Ω).
  • Margine di Tensione (Headroom):Il driver (pin del microcontrollore o IC dedicato) deve essere in grado di fornire tensione sufficiente per superare la V_Fpiù alta nel circuito. Un sistema a 3.3V potrebbe avere difficoltà con segmenti a V_Fdi 2.6V dopo aver considerato la tensione di saturazione del driver.
  • Protezione da Tensione Inversa:Il circuito dovrebbe prevenire la polarizzazione inversa attraverso i LED durante le sequenze di accensione/spegnimento. Ciò può essere ottenuto con un'attenta sequenza di alimentazione o aggiungendo un diodo di protezione in parallelo al display (polarizzato inversamente durante il funzionamento normale).
• Gestione Termica:Rispettare la curva di derating della corrente. In ambienti ad alta temperatura, ridurre la corrente di pilotaggio o migliorare la ventilazione per mantenere la temperatura di giunzione del LED entro limiti sicuri.
• Driver per Multiplexing:Utilizzare un IC driver per display dedicato o un microcontrollore con supporto al multiplexing. Assicurarsi che la frequenza di scansione sia abbastanza alta (tipicamente >60Hz) per evitare sfarfallio visibile. La corrente di impulso di picco può essere più alta del valore DC nominale (come per il rating di 90mA) per mantenere la luminosità media.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto alle tecnologie più vecchie come i LED rossi/gialli standard in GaP (Fosfuro di Gallio) o GaAsP (Fosfuro Arseniuro di Gallio), la tecnologia AlInGaP nell'LTC-4724JF offre:

• Maggiore Efficienza e Luminosità:Più luce emessa per milliampere di corrente.
• Migliore Saturazione del Colore:Larghezza spettrale più stretta (17 nm) per un colore giallo-arancio più puro e definito.
• Superiore Stabilità Termica:L'AlInGaP generalmente mantiene meglio la sua luminosità e colore su intervalli di temperatura rispetto alle tecnologie più vecchie.

Rispetto ai LED bianchi con filtri, offre una soluzione più semplice ed efficiente quando è desiderato un output monocromatico specifico.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

• D: Posso pilotare questo display direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V?R: Possibilmente, ma con cautela. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione di corrente. Calcolare il valore in base alla tensione alta di uscita del pin (che potrebbe essere inferiore a 5V) e alla V_Fdel LED. Assicurarsi che il pin del microcontrollore possa assorbire/fornire la corrente richiesta (ad es., 10-20mA per segmento), che potrebbe superare il rating massimo del pin, richiedendo un transistor o un IC driver.
• D: Perché è raccomandato il pilotaggio a corrente costante?R: La luminosità del LED è controllata principalmente dalla corrente, non dalla tensione. La V_Fpuò variare da unità a unità e con la temperatura. Una sorgente di corrente costante regola automaticamente la tensione per mantenere la corrente impostata, garantendo una luminosità stabile e prevedibile e proteggendo il LED da condizioni di sovracorrente.
• D: Cosa significa "categorizzato per intensità luminosa" per il mio progetto?R: Significa che dovresti specificare e acquistare unità dallo stesso codice di bin di intensità se utilizzi più display in un prodotto. Questo previene differenze di luminosità evidenti tra cifre o display. Consultare il fornitore per la disponibilità di bin specifici.
• D: Le istruzioni di conservazione menzionano il "baking". È sempre necessario?R: Il "baking" è un processo di rimozione dell'umidità ("bake-out") per componenti che hanno assorbito umidità dall'aria durante uno stoccaggio prolungato. Previene il "popcorning" (crepe nel package) durante il processo di saldatura ad alta temperatura. Se i componenti vengono utilizzati poco dopo l'apertura della busta sigillata, il baking tipicamente non è necessario. Seguire le linee guida nella sezione 6.2.

10. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettare un display per voltmetro DC a 3 cifre.

1. Microcontrollore & Driver:Selezionare un microcontrollore con abbastanza pin I/O o utilizzare un driver LED dedicato per multiplexing (ad es., MAX7219, TM1637) per controllare gli anodi dei segmenti e i catodi delle cifre.
2. Impostazione della Corrente:Decidere la corrente operativa. Per una buona luminosità in interni, 10-15mA per segmento è spesso sufficiente. Utilizzare la formula di derating per verificare se è sicura alla massima temperatura ambiente prevista (ad es., 50°C).
3. Calcolo della Resistenza:Se il driver utilizza la limitazione di corrente tramite resistenza, calcolare come mostrato nella sezione 7.2. Se si utilizza un driver a corrente costante, impostare la corrente al valore desiderato.
4. Layout del PCB:Posizionare le resistenze di limitazione di corrente vicino all'IC driver o al microcontrollore, non necessariamente proprio ai piedini del display. Assicurarsi che le piste verso i piedini del catodo comune possano gestire la somma delle correnti di tutti i segmenti in una cifra (ad es., se tutti i 7 segmenti + DP sono accesi a 10mA ciascuno, la pista del catodo deve gestire 80mA).
5. Software:Implementare una routine di multiplexing che cicli rapidamente attraverso le cifre 1, 2 e 3. Il ciclo di lavoro per ogni cifra è 1/3, quindi per ottenere la stessa luminosità media di un display statico, la corrente di picco durante il suo tempo attivo può essere fino a 3 volte più alta (ma non deve superare il rating di picco di 90mA).
6. Test:Verificare l'uniformità della luminosità. Se le cifre appaiono irregolari, controllare la V_CCai piedini del display, verificare i valori delle resistenze e assicurarsi che tutti i segmenti del display provengano dallo stesso bin di intensità.

11. Principio di Funzionamento

L'LTC-4724JF si basa sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione PN di un semiconduttore. Quando viene applicata una tensione di polarizzazione diretta che supera la tensione di soglia del diodo (circa 2V per AlInGaP), gli elettroni dal materiale di tipo N e le lacune dal materiale di tipo P si ricombinano nella regione attiva (la struttura a pozzo quantico dello strato AlInGaP). Questo evento di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione degli atomi di Alluminio, Indio, Gallio e Fosforo nel reticolo cristallino determina l'energia del bandgap, che definisce direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa—in questo caso, giallo-arancio a ~611 nm. Il substrato di GaAs non trasparente aiuta a riflettere la luce verso l'alto, migliorando l'efficienza complessiva di estrazione della luce dalla superficie superiore del chip.

12. Tendenze Tecnologiche

Sebbene i display a sette segmenti rimangano un pilastro per le indicazioni numeriche, la tecnologia LED sottostante continua a evolversi. L'AlInGaP rappresenta una tecnologia matura e ad alte prestazioni per i colori rosso, arancio e giallo. Le tendenze attuali nella tecnologia dei display includono:

• Integrazione:Si tende verso display con driver IC integrati ("display intelligenti") che semplificano l'interfaccia per il controller principale, richiedendo solo dati seriali (I2C, SPI) invece di molti pin paralleli.
• Miniaturizzazione & Densità:Sviluppo di moduli multi-cifra o a matrice di punti con passo dei pixel più piccolo e densità più elevata utilizzando packaging avanzati.
• Progressi nei Materiali:Ricerca continua su materiali come i composti basati su GaN per gamme di colori più ampie e efficienze più elevate, sebbene questi siano più diffusi nei LED blu/verdi/bianchi.
• Form Factor Flessibili & Innovativi:Esplorazione di display su substrati flessibili per superfici non piatte.

Per applicazioni che richiedono un'indicazione numerica semplice, affidabile e luminosa, i display a sette segmenti AlInGaP through-hole come l'LTC-4724JF continuano a essere una soluzione robusta ed economica.