Ficha Técnica do Display LED de Matriz de Pontos 5x7 LTP-2257KA - Altura de 1,97 Polegadas - AlInGaP Laranja-Avermelhado - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTP-2257KA é um módulo de display alfanumérico de dígito único, projetado para aplicações que requerem saída de caracteres clara e confiável. Sua função principal é representar visualmente dados, tipicamente caracteres codificados em ASCII ou EBCDIC, através de uma grade de diodos emissores de luz (LEDs) endereçáveis individualmente. O dispositivo é projetado para integração em sistemas onde baixo consumo de energia, confiabilidade de estado sólido e amplos ângulos de visão são fatores críticos de desempenho.

O mercado principal para este componente inclui painéis de controle industrial, instrumentação, terminais ponto de venda (PDV), displays de informação básica e sistemas embarcados onde é necessária uma leitura de caracteres simples e robusta. Seu design empilhável permite a criação de displays multi-caracteres na horizontal, oferecendo flexibilidade para exibir palavras ou números.

A vantagem tecnológica central reside no uso do material semicondutor Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP) para os chips LED. Este sistema de material é conhecido por produzir emissão de luz de alta eficiência no espectro do vermelho ao âmbar-laranja, oferecendo boa visibilidade. O display possui uma face preta, que proporciona alto contraste contra os pontos brancos iluminados, melhorando significativamente a legibilidade em várias condições de iluminação ambiente.

2. Análise Detalhada das Especificações Técnicas

Esta seção fornece uma análise objetiva e detalhada dos principais parâmetros elétricos, ópticos e físicos definidos na ficha técnica.

2.1 Características Fotométricas e Ópticas

O desempenho óptico é central para a função do display. Os parâmetros-chave são medidos sob condições de teste padronizadas (Ta=25°C) para garantir consistência.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):Varia de um mínimo de 2100 µcd a um máximo de 5000 µcd, com um valor típico implícito. Esta intensidade é medida por ponto sob uma condição de acionamento pulsado de I_p=32mA com um ciclo de trabalho de 1/16. O ciclo de trabalho de 1/16 é típico para acionamentos de matriz multiplexada, onde cada linha está ativa apenas por uma fração do tempo. O sensor utilizado aproxima-se da função de luminosidade fotópica CIE, garantindo que a medição se correlacione com a sensibilidade do olho humano.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):Tipicamente 621 nanômetros (nm). Isto indica o comprimento de onda no qual a potência óptica de saída é maior. Ele está dentro da região laranja-avermelhada do espectro visível.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):615 nm. Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano que corresponde à cor da saída do LED. É ligeiramente menor que o comprimento de onda de pico, o que é comum devido ao formato do espectro de emissão.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):Aproximadamente 18 nm. Este parâmetro define a largura de banda da luz emitida, especificamente a largura da curva espectral na metade de sua potência máxima. Um valor de 18 nm indica uma fonte monocromática de banda relativamente estreita, característica dos LEDs AlInGaP e que resulta em uma cor saturada.
• Taxa de Compatibilidade de Intensidade Luminosa (I_V-m):Máximo de 2:1. Este é um parâmetro crítico para a uniformidade do display. Especifica que a intensidade luminosa de qualquer ponto individual não será mais que o dobro da de qualquer outro ponto dentro do mesmo módulo de display. Isto garante brilho consistente em todos os segmentos de um caractere.

2.2 Características Elétricas

Os parâmetros elétricos definem a interface e os requisitos de energia para o dispositivo.

• Tensão Direta (V_F):Varia de 2,05V (mín.) a 2,6V (máx.) por ponto a uma corrente de teste (I_F) de 20mA. Esta é a queda de tensão no LED quando ele está conduzindo. Os projetistas devem garantir que o circuito de acionamento possa fornecer esta tensão. O valor típico não é declarado, mas está dentro desta faixa.
• Corrente Reversa (I_R):Máximo de 100 µA a uma tensão reversa (V_R) de 15V. Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando o LED está polarizado reversamente. Geralmente é insignificante na operação, mas deve ser considerada no projeto de proteção do circuito.
• Corrente Direta Média por Ponto:A corrente média nominal é de 13 mA. No entanto, um fator de derating de 0,17 mA/°C aplica-se linearmente acima de 25°C. Isto significa que a corrente média máxima permitida deve ser reduzida à medida que a temperatura ambiente aumenta, para evitar superaquecimento e falha prematura. Por exemplo, a 85°C, a corrente média máxima seria: 13 mA - [0,17 mA/°C * (85-25)°C] = 13 - 10,2 = 2,8 mA.

2.3 Ratings Absolutos Máximos

Estes são limites de estresse que não devem ser excedidos sob nenhuma condição, mesmo momentaneamente. Operar além destes limites pode causar danos permanentes.

• Dissipação de Potência Média por Ponto:Máximo de 36 mW. Este é o produto da corrente direta média pela tensão direta.
• Corrente Direta de Pico por Ponto:Máximo de 100 mA. Esta é a maior corrente instantânea permitida, tipicamente relevante durante pulsos muito curtos em esquemas multiplexados.
• Tensão Reversa por Ponto:Máximo de 5 V. Exceder este valor pode causar ruptura da junção.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C. O dispositivo é classificado para faixas de temperatura industrial.
• Temperatura de Soldagem:Máximo de 260°C por no máximo 3 segundos, medido a 1,6mm (1/16 de polegada) abaixo do plano de assentamento. Isto é crucial para processos de soldagem por onda ou refusão.

3. Sistema de Categorização e Binning

A ficha técnica declara explicitamente que o dispositivo é "Categorizado por Intensidade Luminosa". Isto indica que as unidades são classificadas, ou "binadas", com base em sua saída de luz medida. A faixa de intensidade luminosa (2100-5000 µcd) provavelmente representa a dispersão entre múltiplos bins. Os fabricantes normalmente agrupam os LEDs em faixas de intensidade mais estreitas (ex.: 2100-3000 µcd, 3000-4000 µcd, 4000-5000 µcd). Isto permite que os clientes selecionem um bin para seus requisitos específicos de uniformidade de brilho. Para um display com múltiplas unidades, usar LEDs do mesmo bin de intensidade é essencial para obter uma aparência uniforme. A ficha técnica não especifica binning para tensão direta ou comprimento de onda, embora as faixas mín/máx fornecidas para V_Fe λ_pdefinam a dispersão total.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica faz referência a "Curvas Típicas de Características Elétricas/Ópticas". Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, podemos inferir seu conteúdo padrão e significado.

• Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta (Curva I-V):Este gráfico mostraria como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. É tipicamente não-linear, com a eficiência caindo em correntes muito altas devido a efeitos térmicos. O ponto de teste de pulso de 32mA provavelmente está na porção eficiente e linear desta curva.
• Tensão Direta vs. Corrente Direta:Esta curva mostra a característica I-V do diodo. A tensão aumenta logaritmicamente com a corrente. A V_Fespecificada a 20mA é um único ponto nesta curva.
• Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Esta é uma curva crítica para entender o desempenho térmico. A saída de luz dos LEDs geralmente diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. O derating especificado para a corrente direta está diretamente relacionado ao gerenciamento deste efeito térmico para manter o desempenho e a confiabilidade.
• Distribuição Espectral:Um gráfico de intensidade relativa vs. comprimento de onda, mostrando um pico em torno de 621nm e uma largura de aproximadamente 18nm na metade da intensidade de pico (FWHM).

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

O dispositivo é um componente de montagem em furo (through-hole) com um fator de forma estilo DIP (Dual In-line Package) padrão, adequado para montagem em PCB.

• Altura da Matriz:A característica física definidora é uma altura de caractere de 1,97 polegadas (50,15 mm). Este é um display de grande formato projetado para visualização à distância.
• Dimensões da Embalagem:A ficha técnica inclui um desenho dimensionado detalhado. Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,25 mm, salvo indicação em contrário. Este desenho é essencial para o projeto do footprint da PCB e para garantir o encaixe adequado dentro de um invólucro.
• Conexão dos Pinos:O dispositivo possui 12 pinos em uma única fileira.
  • Pinos 1-7: Correspondem aos Cátodos das Linhas 1 a 7. Em uma configuração de matriz comum, estas seriam as linhas de varredura.
  • Pinos 8-12: Correspondem aos Ânodos das Colunas 5 a 1 (note a ordem inversa: Pino 8 é Coluna 5, Pino 12 é Coluna 1). Estas seriam as linhas de dados.
• Diagrama de Circuito Interno:O diagrama fornecido mostra uma configuração padrão de matriz 5x7. Cada LED (ponto) está localizado na interseção de uma coluna de ânodo e uma linha de cátodo. Para iluminar um ponto específico, sua linha de ânodo correspondente deve ser acionada em nível alto (tensão positiva) enquanto sua linha de cátodo é acionada em nível baixo (terra). Este arranjo em matriz minimiza o número de pinos de acionamento necessários (12 em vez de 35 para pontos endereçados individualmente).
• Identificação de Polaridade:A tabela de pinagem identifica claramente as conexões de ânodo e cátodo. A embalagem provavelmente tem um entalhe ou marcação em uma extremidade para indicar a orientação do pino 1.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A principal especificação de montagem fornecida é para o processo de soldagem.

• Parâmetros de Soldagem por Refusão/Onda:O rating absoluto máximo especifica que o dispositivo pode suportar uma temperatura de soldagem de 260°C por no máximo 3 segundos. Esta medição é feita 1,6mm abaixo do plano de assentamento (ou seja, no nível da PCB), não no corpo do componente. Esta é uma classificação padrão para componentes com terminais (leaded) e é compatível com perfis típicos de soldagem por onda. Para soldagem por refusão com solda sem chumbo (que tem pontos de fusão mais altos), o perfil deve ser cuidadosamente controlado para garantir que a temperatura do corpo do componente não exceda a temperatura máxima de armazenamento de 85°C por um período prolongado, mesmo que os terminais vejam brevemente 260°C.
• Soldagem Manual:Se a soldagem manual for necessária, deve ser usado um ferro de soldar com controle de temperatura. O tempo de contato por pino deve ser minimizado, idealmente abaixo de 3 segundos, para evitar que o calor suba pelos terminais e danifique as ligações internas ou a resina epóxi.
• Limpeza:Nenhuma instrução específica de limpeza é fornecida. Álcool isopropílico padrão ou removedores de fluxo aprovados podem ser usados, mas solventes agressivos devem ser evitados, pois podem danificar a face plástica ou as marcações.
• Condições de Armazenamento:O dispositivo deve ser armazenado dentro de sua faixa de temperatura especificada de -35°C a +85°C em um ambiente seco e sem condensação. É aconselhável manter os componentes em suas embalagens originais à prova de umidade até o uso, para evitar absorção de umidade, que pode causar "efeito pipoca" durante a soldagem.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Painéis de Controle Industrial:Exibição de setpoints, valores de processo (temperatura, pressão, velocidade), códigos de erro ou status da máquina.
• Equipamentos de Teste e Medição:Mostrar leituras numéricas de multímetros, fontes de alimentação ou geradores de sinal.
• Eletrônicos de Consumo (Legado):Relógios, temporizadores, calculadoras básicas ou displays de eletrodomésticos.
• Prototipagem de Sistemas Embarcados:Uma saída simples e direta para microcontroladores (ex.: Arduino, PIC) exibir informações de depuração ou prompts para o usuário.
• Displays Multi-Caracteres Empilhados:Ao colocar múltiplos módulos LTP-2257KA lado a lado, palavras, números ou mensagens simples de rolagem podem ser criadas para quadros de informação básica ou sinalização.

7.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento:É necessário um CI driver de LED dedicado ou pinos GPIO de microcontrolador com resistores limitadores de corrente. Devido à configuração da matriz, um esquema de multiplexação (varredura) é necessário. O driver deve fornecer corrente para as colunas de ânodo e drenar corrente das linhas de cátodo. A corrente de pico por ponto (100mA) e o derating da corrente média devem ser respeitados nos cálculos de temporização da multiplexação.
• Limitação de Corrente:Resistores externos são obrigatórios para cada coluna de ânodo ou linha de cátodo (dependendo da topologia de acionamento) para definir a corrente de operação. O valor é calculado com base na tensão de alimentação (V_CC), na tensão direta do LED (V_F) e na corrente desejada (I_F). Por exemplo, com uma alimentação de 5V, uma V_Fde 2,3V e uma I_Falvo de 20mA: R = (5V - 2,3V) / 0,02A = 135 Ohms. Um resistor padrão de 150 Ohms seria adequado.
• Gerenciamento Térmico:Embora o dispositivo seja de baixa potência, a curva de derating para a corrente direta deve ser seguida em ambientes de alta temperatura ambiente. Garanta fluxo de ar adequado se o display estiver enclausurado. A dissipação de potência média por ponto (36mW máx.) se traduz em uma dissipação máxima total para um caractere inteiro aceso, o que deve ser considerado no projeto térmico da PCB.
• Ângulo de Visão:O recurso de "amplo ângulo de visão" é benéfico, mas para legibilidade ideal, o display deve ser montado voltado para o visualizador principal. O design de face preta/ponto branco oferece bom contraste da maioria dos ângulos.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado a outras tecnologias de display disponíveis na época de seu lançamento (~2000), o LTP-2257KA oferecia vantagens específicas:

• vs. Displays Incandescentes ou de Fluorescência a Vácuo (VFDs):Os LEDs são de estado sólido, oferecendo confiabilidade muito maior, resistência a choque/vibração, vida útil mais longa (tipicamente dezenas de milhares de horas) e menor tensão/potência de operação. Eles também não requerem filamentos aquecidos ou altas tensões.
• vs. LCDs Antigos:Os LEDs são emissores, ou seja, produzem sua própria luz, tornando-os claramente visíveis em condições de pouca luz ou escuridão sem backlight. Eles têm uma faixa de temperatura de operação muito mais ampla e tempo de resposta mais rápido. No entanto, consomem mais energia que LCDs reflexivos e não são adequados para gráficos complexos.
• vs. Outras Tecnologias LED:O uso do material AlInGaP, comparado aos mais antigos GaAsP ou GaP, proporcionou maior eficiência e melhor pureza de cor (laranja-avermelhado mais saturado) para uma dada corrente de acionamento. O formato específico 5x7 com uma grande altura de 1,97 polegadas visava aplicações que necessitavam de caracteres facilmente legíveis à distância.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este display com uma corrente DC constante em todos os pontos simultaneamente?

R: Tecnicamente sim, mas é altamente ineficiente e excederia os ratings de potência média se todos os 35 pontos estivessem acesos. O método padrão e pretendido é a multiplexação, onde os pontos são iluminados uma linha (ou coluna) de cada vez em alta frequência, criando a ilusão de um display estável enquanto reduz drasticamente a corrente média.

P: Qual é a diferença entre comprimento de onda de pico e dominante?

R: O comprimento de onda de pico é onde o LED emite a maior potência óptica. O comprimento de onda dominante é o único comprimento de onda que o olho humano percebe como correspondente à cor do LED. Eles são frequentemente próximos, mas não idênticos, devido à assimetria do espectro de emissão do LED. O comprimento de onda dominante é mais relevante para a percepção de cor.

P: A tensão direta é de 2,05-2,6V. Posso operá-lo a partir de uma fonte de lógica de 3,3V?

R: Sim, absolutamente. Uma fonte de 3,3V é suficiente para polarizar diretamente o LED. Você precisará recalcular o valor do resistor limitador de corrente com base na tensão de alimentação mais baixa (ex.: R = (3,3V - 2,3V) / 0,02A = 50 Ohms).

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

R: Significa que o LED foi pulsado com uma corrente de 32mA, mas o pulso estava ativo apenas por 1/16 do período total de tempo. A intensidade medida é a média durante todo o período. Isto simula as condições em um esquema de acionamento multiplexado 1:16 (ex.: 7 linhas + 9 espaços em branco = 16 intervalos de tempo).

10. Caso Prático de Projeto e Uso

Caso: Construindo um Display Simples de Voltímetro de 4 Dígitos.Um engenheiro precisa exibir uma tensão de 0,000 a 9,999 volts em um painel. Ele decide usar quatro módulos LTP-2257KA empilhados horizontalmente.

1. Projeto do Circuito:Um microcontrolador com um ADC lê a tensão. O firmware converte a leitura em quatro dígitos decimais. As portas de I/O do microcontrolador, combinadas com transistores discretos ou um CI driver de multiplexação dedicado (como o MAX7219), são configuradas para varrer os quatro displays. As linhas de cátodo de cada display são conectadas em paralelo, enquanto as colunas de ânodo de cada dígito são controladas separadamente. Isto cria uma matriz de 4 dígitos por 7 linhas.
2. Configuração da Corrente:Usando uma alimentação de 5V e visando um display brilhante, eles escolhem uma corrente média de 15mA por ponto. Considerando a multiplexação entre 4 dígitos e 7 linhas (efetivamente um ciclo de trabalho de 1/28 para cada ponto quando todos estão acesos), a corrente de pulso de pico durante seu intervalo de tempo ativo seria maior (ex.: 15mA * 28 = 420mA), mas isso deve ser verificado em relação ao rating de corrente de pico de 100mA. Portanto, eles precisariam ajustar a temporização ou usar uma corrente média mais baixa para manter o pico dentro da especificação.
3. Consideração Térmica:O painel é destinado a um ambiente de laboratório (25°C). O derating da corrente média não é uma preocupação aqui. No entanto, eles garantem que a PCB tenha um plano de terra para ajudar a dissipar o calor do circuito de acionamento.
4. Resultado:O produto final mostra uma leitura clara, brilhante e de 4 dígitos com bom ângulo de visão, atendendo ao requisito para um instrumento de bancada.

11. Princípio de Funcionamento

O LTP-2257KA opera no princípio fundamental de um diodo emissor de luz (LED) disposto em uma matriz passiva. Cada um dos 35 pontos que formam a grade 5x7 é um chip LED AlInGaP individual. Quando uma tensão de polarização direta que excede o potencial de junção do diodo (aproximadamente 2V) é aplicada através de um par específico de ânodo (coluna) e cátodo (linha), a corrente flui através do LED naquela interseção. Esta corrente faz com que elétrons e lacunas se recombinem dentro da região ativa do semicondutor, liberando energia na forma de fótons – luz – com um comprimento de onda característico do material AlInGaP (laranja-avermelhado).

A organização em matriz é um método de interconexão inteligente. Em vez de ter 35 fios separados, os ânodos de todos os LEDs em uma coluna vertical são conectados juntos, e os cátodos de todos os LEDs em uma linha horizontal são conectados juntos. Para acender um único ponto, sua coluna específica é acionada positivamente e sua linha específica é acionada para o terra. Para exibir um padrão (como um caractere), um algoritmo de varredura percorre rapidamente as linhas (ou colunas), ligando os drivers de coluna apropriados para cada linha por sua vez. Em uma frequência suficientemente alta (tipicamente >100Hz), a persistência da visão faz com que o caractere inteiro pareça iluminado de forma estável.

12. Tendências e Contexto Tecnológico

O LTP-2257KA representa uma tecnologia de display madura e bem estabelecida. Na época de seu lançamento, displays LED de matriz de pontos eram uma solução dominante para saída alfanumérica. A mudança para AlInGaP em relação a materiais mais antigos como GaAsP foi uma tendência significativa, oferecendo eficiência e cor aprimoradas.

Tendências subsequentes moveram-se em direção a:

Embalagens de Dispositivo de Montagem em Superfície (SMD):Equivalentes modernos são quase exclusivamente do tipo SMD, permitindo montagem automatizada e menor tamanho.

Maior Densidade e Displays de Matriz Completa:O formato básico 5x7 foi amplamente suplantado por módulos de matriz de pontos maiores (ex.: 8x8, 16x16) e painéis gráficos completos que podem exibir formas arbitrárias e texto em múltiplas fontes.

Controladores Integrados:Módulos de matriz LED modernos frequentemente incluem o driver, memória e interface de comunicação (como I2C ou SPI) em uma única placa, simplificando muito o processo de projeto para engenheiros.

Tecnologias Alternativas:Para muitas aplicações que requerem saída de caracteres simples, LCDs de baixa potência (com ou sem backlight) e displays OLED tornaram-se mais comuns, especialmente onde consumo de energia, espessura ou capacidade gráfica são prioridades.

Apesar dessas tendências, displays LED de matriz de pontos de montagem em furo, como o LTP-2257KA, permanecem relevantes em ambientes educacionais, para projetos de hobby, na manutenção de equipamentos legados e em aplicações industriais específicas onde sua simplicidade, robustez, alto brilho e ampla faixa de temperatura são vantagens decisivas.