Folha de Dados do Display de Matriz de Pontos LED LTP-1457AKD - Altura 1,2 Polegadas (30,42mm) - AlInGaP Vermelho Hiper - Matriz 5x7 - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTP-1457AKD é um módulo de display alfanumérico de dígito único, projetado para aplicações que requerem saída de caracteres clara e confiável. A sua função principal é representar visualmente dados, tipicamente caracteres codificados em ASCII ou EBCDIC, através de uma grade de diodos emissores de luz (LEDs) individualmente endereçáveis.

O dispositivo é construído em torno de uma matriz de 5 colunas por 7 linhas (5x7) de chips LED AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) Vermelho Hiper. Este material semicondutor é cultivado sobre um substrato não transparente de Arsenieto de Gálio (GaAs), o que contribui para o seu desempenho óptico. A apresentação visual apresenta um painel frontal cinza com pontos brancos, proporcionando alto contraste para os elementos vermelhos iluminados. Os principais objetivos de design para este componente são baixo consumo de energia, confiabilidade de estado sólido e um amplo ângulo de visão alcançado através de uma construção de plano único. É categorizado com base na intensidade luminosa, permitindo a correspondência de brilho em aplicações multi-dígitos, e é empilhável horizontalmente para formar displays multi-caracteres.

2. Análise Profunda dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes parâmetros definem os limites de tensão além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob ou nestes limites não é garantida.

• Dissipação de Potência Média por Ponto:40 mW. Esta é a potência contínua máxima que cada segmento LED pode suportar sem superaquecimento.
• Corrente Direta de Pico por Ponto:90 mA. Isto é permitido apenas sob condições pulsadas com um ciclo de trabalho de 1/10 e uma largura de pulso de 0,1 ms para evitar sobrecarga térmica.
• Corrente Direta Média por Ponto:15 mA a 25°C. Esta corrente é reduzida linearmente acima de 25°C a uma taxa de 0,2 mA/°C. Por exemplo, a 85°C, a corrente média máxima permitida seria aproximadamente: 15 mA - ((85°C - 25°C) * 0,2 mA/°C) = 3 mA.
• Tensão Reversa por Ponto:5 V. Exceder esta tensão em polarização reversa pode causar ruptura da junção.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldagem:Suporta 260°C por um máximo de 3 segundos, medido a 1,6mm (1/16 de polegada) abaixo do plano de assentamento do encapsulamento.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes são os parâmetros de desempenho garantidos sob condições de teste especificadas a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):Varia de 800 μcd (mín) a 2600 μcd (típ), testado a uma corrente de pico (I_p) de 32 mA com um ciclo de trabalho de 1/16. A intensidade é medida usando um filtro que aproxima a curva de resposta do olho humano fotópico (CIE).
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):Tipicamente 650 nm quando acionado por uma corrente direta (I_F) de 20 mA. Este é o comprimento de onda no qual a potência óptica de saída é maior.
• Largura de Meia Espectral (Δλ):Tipicamente 20 nm (I_F=20mA). Isto indica a dispersão do comprimento de onda da luz emitida em torno do pico.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):Tipicamente 639 nm (I_F=20mA). Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano, que pode diferir ligeiramente do comprimento de onda de pico.
• Tensão Direta por Ponto (V_F):Varia de 2,1V a 2,8V dependendo da corrente. Em I_F=20mA: 2,1V (mín), 2,6V (típ). Em I_F=80mA: 2,3V (mín), 2,8V (típ).
• Corrente Reversa por Ponto (I_R):Máximo de 100 μA quando uma tensão reversa (V_R) de 5V é aplicada.
• Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa (I_V-m):Máximo 2:1. Isto especifica que a diferença de brilho entre quaisquer dois pontos (ou segmentos) no mesmo dispositivo sob as mesmas condições de acionamento não excederá um fator de dois.

3. Explicação do Sistema de Binning

A folha de dados indica que o dispositivo é "Categorizado por Intensidade Luminosa". Isto implica um processo de binning ou classificação pós-fabricação. Devido a variações inerentes no crescimento epitaxial do semicondutor e no processamento do chip, LEDs do mesmo lote de produção podem ter saídas ópticas ligeiramente diferentes. Para garantir consistência nas aplicações, especialmente em displays multi-dígitos onde o brilho uniforme é crítico, as unidades fabricadas são testadas e classificadas em diferentes "bins" com base na sua intensidade luminosa medida. Os projetistas podem então especificar um código de bin ao encomendar para garantir que todas as unidades na sua montagem estejam dentro de uma faixa de brilho estreita, evitando que alguns caracteres pareçam mais escuros ou mais brilhantes que outros. Embora esta folha de dados não liste os códigos de bin ou faixas de intensidade específicos, a prática é padrão para garantir a qualidade visual.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A página final da folha de dados é dedicada às "Curvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas". Estes gráficos são inestimáveis para compreender o comportamento do dispositivo além das especificações de ponto único listadas nas tabelas. Embora as curvas específicas não sejam detalhadas no texto fornecido, os gráficos típicos para tal dispositivo incluiriam:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V):Mostra a relação não linear entre corrente e tensão através da junção LED. Ajuda no projeto do circuito limitador de corrente.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta:Demonstra como a saída de luz aumenta com a corrente, tipicamente de forma sub-linear em correntes mais altas devido ao aquecimento e queda de eficiência.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Ilustra a diminuição da saída de luz à medida que a temperatura da junção aumenta, o que é crítico para aplicações que operam numa ampla faixa de temperatura.
• Distribuição Espectral:Um gráfico de intensidade relativa versus comprimento de onda, mostrando a forma e largura do espectro de luz vermelha emitida.

Estas curvas permitem que os engenheiros prevejam o desempenho sob as suas condições operacionais específicas, que podem diferir das condições de teste padrão.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

A construção física do LTP-1457AKD é definida pelas suas dimensões de encapsulamento e circuito interno.

5.1 Dimensões do Encapsulamento

O dispositivo tem uma altura de matriz de 1,2 polegadas (30,42 mm). Um desenho dimensionado detalhado é fornecido na página 2 da folha de dados. Todas as dimensões são especificadas em milímetros, com uma tolerância geral de ±0,25 mm (±0,01 polegadas), a menos que uma característica específica exija uma tolerância diferente. Este desenho é essencial para o projeto da área de montagem na PCB (Placa de Circuito Impresso), garantindo que o componente se encaixe corretamente e se alinhe com as pastilhas de solda da placa.

5.2 Circuito Interno e Pinagem

O display utiliza uma configuração de cátodo comum para as linhas. O diagrama do circuito interno mostra uma matriz 5x7 onde cada LED (ponto) é formado na interseção de uma linha de ânodo (coluna) e uma linha de cátodo (linha). Para iluminar um ponto específico, o seu ânodo de coluna correspondente deve ser acionado em nível alto (com limitação de corrente apropriada), enquanto o seu cátodo de linha deve ser colocado em nível baixo.

A tabela de conexão dos pinos é crucial para a interface:

- Os pinos 1, 2, 5, 7, 8, 9, 12, 14 conectam-se às Linhas de Cátodo (1-7).

- Os pinos 3, 4, 6, 10, 11, 13 conectam-se às Colunas de Ânodo (1-5).

Nota: Há uma discrepância na lista fornecida onde o Pino 11 é listado como "ÂNODO COLUNA 3" e o Pino 4 também é "ÂNODO COLUNA 3". Numa matriz 5x7 padrão com 12 pinos (14 pinos com 2 possivelmente não utilizados), isto é provavelmente um erro de documentação; um deve ser Coluna 1, 2, 3, 4 ou 5. O diagrama real da folha de dados deve ser consultado para o mapeamento correto e inequívoco. É necessário um circuito de acionamento de multiplexação adequado para ativar sequencialmente linhas e colunas para formar caracteres sem efeito fantasma.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A principal especificação de montagem fornecida é o perfil de temperatura de soldagem. O dispositivo pode suportar uma temperatura de pico de 260°C por uma duração máxima de 3 segundos. Isto é medido num ponto a 1,6mm abaixo do plano de assentamento do corpo do encapsulamento, o que corresponde aproximadamente à superfície da PCB ou à própria junta de solda. Esta classificação é compatível com os processos padrão de soldagem por refluxo sem chumbo (SnAgCu). Os projetistas devem garantir que o perfil do seu forno de refluxo não exceda este limite de tempo-em-temperatura para evitar danos aos chips LED, ligações internas por fio ou ao material plástico do encapsulamento. Precauções padrão contra ESD (Descarga Eletrostática) devem ser observadas durante a manipulação.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

Este display é adequado para aplicações que requerem um único caractere ou símbolo altamente legível. A sua natureza empilhável permite que seja usado em configurações multi-caracteres. Usos comuns incluem:

- Painéis de instrumentação (voltímetros, multímetros, contadores de frequência).

- Indicadores de status de sistemas de controle industrial.

- Displays de terminais de ponto de venda.

- Quadros de mensagens simples ou placares de pontuação quando múltiplas unidades são combinadas.

- Interfaces de utilizador de sistemas embarcados para códigos de status ou saída de dígito único.

7.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento:É necessário um microcontrolador com pinos de I/O suficientes ou um CI dedicado de acionamento de display LED (como um MAX7219 ou similar) para multiplexação. Cada pino irá drenar ou fornecer corrente para múltiplos LEDs, portanto, garanta que os limites de corrente por pino do MCU ou do driver não sejam excedidos.
• Limitação de Corrente:Resistores limitadores de corrente externos são obrigatórios para cada coluna de ânodo (ou um driver de corrente constante) para definir a corrente direta (I_F) para um valor seguro, tipicamente entre 10-20 mA para operação contínua, considerando a redução com a temperatura.
• Dissipação de Potência:Calcule a dissipação de potência total, especialmente quando múltiplos pontos são iluminados simultaneamente. Garanta que permaneça dentro dos limites térmicos do dispositivo e da PCB.
• Ângulo de Visão:O amplo ângulo de visão é benéfico para aplicações onde o display pode ser visto lateralmente.
• Consistência de Brilho:Especifique um bin de intensidade ao encomendar para aplicações multi-unidades para garantir uniformidade visual.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Os principais diferenciadores do LTP-1457AKD são o uso da tecnologia AlInGaP Vermelho Hiper e o seu formato mecânico/elétrico específico.

• vs. LEDs Vermelhos Padrão GaAsP ou GaP:Os LEDs AlInGaP geralmente oferecem maior eficiência luminosa, melhor estabilidade térmica e uma cor vermelha mais saturada e pura (comprimento de onda dominante ~639nm) em comparação com tecnologias mais antigas, que podem parecer mais alaranjadas.
• vs. Displays de Matriz de Pontos Maiores ou Menores:A altura de 1,2" e o formato 5x7 representam um compromisso específico de tamanho e resolução, oferecendo boa legibilidade a uma distância moderada. Formatos menores economizam espaço mas reduzem a legibilidade; formatos maiores são mais visíveis à distância mas consomem mais energia e área da placa.
• vs. Displays com Controlador Integrado:Este é um array LED "cru". Displays com controladores integrados (I2C, SPI) simplificam a interface com o microcontrolador, mas podem ser menos flexíveis ou mais caros. O LTP-1457AKD oferece controle direto ao custo de um circuito de acionamento mais complexo.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros)

P: Posso acionar este display diretamente com um microcontrolador de 5V?

A: Possivelmente, mas com cautela. A V_F típica é 2,1-2,8V. Um pino de MCU de 5V aplicaria 5V ao ânodo, o que sem um resistor limitador de corrente destruiria o LED. Deve usar um resistor em série. O cálculo é: R = (V_fonte- V_F) / I_F. Para uma fonte de 5V, V_F=2,6V, e I_F=20mA, R = (5 - 2,6) / 0,02 = 120 Ω. Além disso, garanta que o MCU pode drenar/fornecer a corrente multiplexada necessária.

P: O que significa "Ciclo de Trabalho 1/16" na condição de teste para intensidade luminosa?

A: Significa que o LED é pulsado ligado por 1/16 do tempo total do ciclo. Para displays multiplexados, este é um método de acionamento comum. A corrente de pico durante o tempo ligado (32 mA no teste) é maior do que a que poderia ser usada para operação DC para alcançar um brilho percebido equivalente a uma corrente DC mais baixa. A corrente média é (Corrente de Pico * Ciclo de Trabalho) = 32mA * (1/16) = 2 mA.

P: Como crio caracteres como letras e números?

A: Precisa de uma tabela de fontes ou gerador de caracteres no seu software. Esta é uma tabela de pesquisa que define quais pontos (combinações ânodo/coluna, cátodo/linha) iluminar para cada código ASCII ou EBCDIC. Por exemplo, o caractere "A" mapearia para um padrão específico através das 5 colunas e 7 linhas.

10. Estudo de Caso de Projeto e Uso

Cenário: Projetando um Indicador de RPM de Dígito Único para um Controlador de Motor.

O display precisa mostrar um número de 0-9 representando uma faixa de velocidade. Um microcontrolador de baixo custo com 12 pinos de I/O é selecionado.

Implementação:7 pinos são configurados como saídas de dreno aberto para acionar as linhas de cátodo (drenando corrente). 5 pinos são configurados como saídas digitais para acionar as colunas de ânodo via resistores limitadores de corrente (fornecendo corrente). O firmware contém um mapa de fonte 5x7 para os dígitos 0-9. Executa uma interrupção de temporizador que ativa sequencialmente cada linha (1-7) colocando o seu pino de cátodo em nível baixo. Para a linha ativa, o firmware define os 5 pinos de ânodo em nível alto de acordo com o padrão de fonte para o dígito a ser exibido nessa linha específica. Esta multiplexação acontece mais rápido do que o olho humano pode perceber (ex.: >100 Hz), criando uma imagem estável e sem cintilação. A corrente média por LED é mantida em 10 mA (corrente de pico ajustada para o ciclo de trabalho) para garantir confiabilidade a longo prazo dentro dos limites de dissipação de potência.

11. Princípio de Operação

O princípio fundamental é a eletroluminescência numa junção p-n semicondutora. O material AlInGaP tem uma banda proibida direta. Quando polarizado diretamente (tensão positiva no ânodo em relação ao cátodo), os elétrons são injetados da região tipo-n para a banda de condução, e as lacunas são injetadas da região tipo-p para a banda de valência. Estes portadores de carga recombinam-se na região ativa perto da junção. Num material de banda proibida direta como o AlInGaP, uma porção significativa destas recombinações é radiativa, significando que libertam energia na forma de fotões (luz). O comprimento de onda (cor) desta luz é determinado pela energia da banda proibida (E_g) do material semicondutor, de acordo com a equação λ ≈ hc/E_g. Para o AlInGaP sintonizado para luz vermelha, isto resulta em fotões com um comprimento de onda em torno de 650 nm. O arranjo da matriz 5x7 é simplesmente uma grade destes LEDs individuais de junção p-n, com os seus ânodos e cátodos conectados num padrão cruzado para minimizar o número de pinos de acionamento necessários.

12. Tendências Tecnológicas

Embora o LTP-1457AKD represente uma tecnologia madura e confiável, o campo mais amplo da tecnologia de display continua a evoluir. Displays discretos de matriz de pontos LED deste tipo enfrentam concorrência de módulos integrados que usam LEDs de dispositivo de montagem em superfície (SMD), que podem ser menores e oferecer maior resolução. Além disso, as tecnologias de LED orgânico (OLED) e micro-LED estão avançando, prometendo displays mais finos, eficientes e de maior contraste. Para o nicho específico de displays simples, robustos, de caractere único ou multi-caracteres de baixa resolução, os LEDs AlInGaP e similares de semicondutores III-V permanecem altamente relevantes devido à sua confiabilidade comprovada, ampla faixa de temperatura de operação, alto brilho e custo-efetividade para aplicações industriais e de instrumentação. A tendência neste segmento é para maior eficiência (mais luz por watt) e binning mais apertado para consistência de cor e brilho.