Folha de Dados do Display LED LTP-2157AKY - Altura da Matriz 2.0 Polegadas (50.8mm) - Âmbar Amarelo AlInGaP - Tensão Direta 2.6V - Dissipação de Potência 35mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTP-2157AKY é um módulo de display LED de matriz de pontos 5 x 7 com altura de caractere de 2.0 polegadas (50.8 mm). Este dispositivo foi projetado para aplicações que requerem exibição clara e brilhante de informações alfanuméricas ou simbólicas. Sua tecnologia central utiliza material semicondutor AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) para produzir uma emissão de luz âmbar amarela. A apresentação visual apresenta um painel frontal cinza com cor de ponto branca, melhorando o contraste e a legibilidade. O módulo é construído como um arranjo de cátodo comum, exigindo circuito de acionamento multiplexado externo para operação.

Os principais domínios de aplicação para este display incluem instrumentação industrial, interfaces de eletrônicos de consumo, terminais de ponto de venda, displays de equipamentos médicos e qualquer sistema embarcado que necessite de uma leitura compacta, confiável e brilhante. Sua construção de estado sólido garante alta confiabilidade e longa vida operacional em comparação com outras tecnologias de display, como fluorescente a vácuo ou tipos incandescentes.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens do LTP-2157AKY derivam de sua tecnologia LED AlInGaP e design cuidadoso. Ele oferece alto brilho e alto contraste, que são críticos para legibilidade sob várias condições de iluminação ambiente, incluindo ambientes internos bem iluminados. O baixo requisito de potência o torna adequado para aplicações alimentadas por bateria ou com consciência energética. A excelente aparência dos caracteres é alcançada através do layout preciso da matriz de pontos 5x7, que é o padrão para exibir caracteres ASCII com clareza.

O mercado-alvo é amplo, abrangendo OEMs (Fabricantes de Equipamentos Originais) e engenheiros de projeto que trabalham em dispositivos que precisam de uma solução de display simples, econômica e robusta. Suas especificações o tornam uma escolha viável onde displays gráficos maiores e mais complexos são desnecessários ou muito caros.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Uma compreensão completa dos parâmetros elétricos e ópticos é essencial para o projeto adequado do circuito e integração do display LTP-2157AKY.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de estresse além dos quais danos permanentes ao dispositivo podem ocorrer. Não é recomendado operar o dispositivo continuamente nestes limites ou próximo deles.

• Dissipação de Potência Média por Ponto:35 mW. Esta é a potência contínua máxima que pode ser dissipada com segurança por um único segmento LED (ponto) sem causar degradação térmica.
• Corrente Direta de Pico por Ponto:60 mA. Esta é a corrente instantânea máxima permitida durante a operação pulsada, tipicamente usada em esquemas de acionamento multiplexado.
• Corrente Direta Média por Ponto:13 mA a 25°C. Esta especificação é reduzida linearmente a 0.17 mA/°C acima de 25°C. Por exemplo, a 85°C, a corrente média máxima permitida seria aproximadamente: 13 mA - (0.17 mA/°C * (85°C - 25°C)) = 13 mA - 10.2 mA = 2.8 mA. Esta redução é crucial para o gerenciamento térmico.
• Tensão Reversa por Ponto:5 V. Exceder esta tensão em polarização reversa pode quebrar a junção LED.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C. Esta ampla faixa garante funcionalidade em ambientes severos.
• Temperatura de Soldagem:Máximo de 260°C por no máximo 3 segundos, medido 1.6mm abaixo do plano de assentamento. Esta é uma diretriz padrão para soldagem por onda ou refusão para evitar danos ao encapsulamento.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

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

• Intensidade Luminosa Média (I_V):2100 μcd (Mín), 3600 μcd (Tip). Condição de Teste: I_p=32mA, Ciclo de Trabalho 1/16. Este alto brilho é uma característica chave. A medição usa um filtro que aproxima a curva de resposta fotópica do olho CIE para precisão.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):595 nm (Tip). Este é o comprimento de onda no qual a saída de potência óptica é máxima, definindo a cor âmbar amarela.
• Largura de Meia Altura Espectral (Δλ):15 nm (Tip). Isto indica a pureza espectral; uma largura mais estreita significa uma cor mais monocromática.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):592 nm (Tip). Este é o comprimento de onda percebido pelo olho humano, correspondendo de perto ao comprimento de onda de pico para este tipo de LED.
• Tensão Direta por Segmento (V_F):2.05V (Mín), 2.6V (Tip). Condição de Teste: I_F=20mA. Os projetistas devem garantir que o circuito de acionamento possa fornecer esta tensão.
• Corrente Reversa (I_R):100 μA (Máx). Condição de Teste: V_R=5V. Esta é a corrente de fuga quando o LED está em polarização reversa.
• Taxa de Compatibilidade de Intensidade Luminosa (I_V-m):2:1 (Máx). Condição de Teste: I_F=2mA. Este parâmetro garante uniformidade no display; o brilho do segmento mais fraco será pelo menos metade do brilho do segmento mais brilhante.

3. Explicação do Sistema de Binning

A folha de dados não detalha explicitamente um sistema de binning de múltiplos níveis para comprimento de onda ou fluxo. No entanto, os parâmetros especificados implicam um processo de fabricação controlado. As faixas estreitas para Comprimento de Onda Dominante (592 nm Tip) e Intensidade Luminosa (2100-3600 μcd) sugerem que as peças são selecionadas para atender a estas especificações mínimas e típicas. Os projetistas devem considerar os valores mínimos (I_Vmin 2100 μcd, V_Fmax 2.6V) para o projeto de circuito do pior caso, garantindo visibilidade do display e regulação de corrente adequada em todas as unidades.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados referencia curvas características típicas. Embora não fornecidas no texto, curvas padrão de LED podem ser inferidas e são críticas para o projeto.

4.1 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V)

A relação I-V é não linear. O V_Ftípico de 2.6V a 20mA é o ponto de projeto chave. A curva mostra uma ativação acentuada em torno da tensão de bandgap do LED (~2V para AlInGaP), após a qual a corrente aumenta exponencialmente com a tensão. Portanto, é altamente recomendável acionar LEDs com uma fonte de corrente constante em vez de uma fonte de tensão constante para evitar fuga térmica e garantir brilho consistente.

4.2 Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta

A intensidade luminosa é aproximadamente proporcional à corrente direta na faixa de operação normal (por exemplo, até a corrente média nominal). No entanto, a eficiência pode cair em correntes muito altas devido ao aquecimento. A intensidade especificada a 32mA em operação pulsada é otimizada para displays multiplexados.

4.3 Dependência da Temperatura

As características do LED são sensíveis à temperatura. A tensão direta (V_F) tipicamente diminui com o aumento da temperatura da junção (coeficiente de temperatura negativo). A intensidade luminosa também diminui com o aumento da temperatura. A especificação de redução de corrente (0.17 mA/°C) é uma proteção de projeto direta contra estes efeitos, prevenindo superaquecimento e degradação prematura do brilho.

4.4 Distribuição Espectral

O espectro de emissão está centrado em torno de 595 nm (âmbar amarelo) com uma meia-largura típica de 15 nm. Esta é uma banda relativamente estreita, característica de semicondutores III-V de bandgap direto como o AlInGaP, resultando em boa saturação de cor.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

5.1 Dimensões Físicas

O desenho do encapsulamento indica o tamanho físico geral do módulo de display. Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0.25 mm, salvo indicação em contrário. Esta informação é vital para o projeto da área de montagem na PCB (Placa de Circuito Impresso) e encaixe no gabinete.

5.2 Configuração dos Pinos e Circuito Interno

O LTP-2157AKY tem uma configuração de 14 pinos. O diagrama do circuito interno mostra um arranjo de cátodo comum para a matriz 5x7. As colunas (linhas verticais) são os cátodos, e as linhas (linhas horizontais) são os ânodos. Notas específicas indicam conexões internas: Pino 4 e Pino 11 estão conectados (ambos são Cátodo para a Coluna 3), e Pino 5 e Pino 12 estão conectados (ambos são Ânodo para a Linha 4). Esta conexão interna provavelmente simplifica o layout interno dos fios de ligação. A tabela de pinagem deve ser seguida precisamente para a operação correta do display.

5.3 Identificação de Polaridade

O dispositivo usa uma configuração de cátodo comum. Os pinos do cátodo são para as colunas (1-5), e os pinos do ânodo são para as linhas (1-7). Aplicar polarização direta requer conectar o pino da linha desejada a uma tensão positiva (através de um resistor limitador de corrente ou driver) e o pino da coluna desejada ao terra (ou a um dreno de driver do lado baixo).

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A especificação máxima absoluta define o perfil de soldagem: uma temperatura máxima de 260°C por uma duração máxima de 3 segundos, medido 1.6mm (1/16 polegada) abaixo do plano de assentamento. Isto é compatível com processos padrão de soldagem por refusão sem chumbo (por exemplo, seguindo um perfil padrão IPC/JEDEC J-STD-020). Deve-se tomar cuidado para evitar estresse mecânico nos pinos durante o manuseio. Para armazenamento, a faixa especificada de -35°C a +85°C em um ambiente seco e antiestático é recomendada para prevenir absorção de umidade (que pode causar \"efeito pipoca\" durante a refusão) e danos por descarga eletrostática.

7. Embalagem e Informações de Pedido

O número da peça é LTP-2157AKY. Embora detalhes específicos de embalagem (carretel, bandeja, tubo) não estejam listados no conteúdo fornecido, tais displays são tipicamente fornecidos em tubos ou bandejas antiestáticas para proteger os pinos e a face do display. O \"Spec No.: DS-30-99-106\" e \"BNS-OD-FC001/A4\" são números internos de controle de documento.

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O LTP-2157AKY requer um circuito driver externo. Um projeto comum usa um microcontrolador com software de multiplexação. As portas de I/O do microcontrolador, muitas vezes insuficientes para fornecer/absorver a corrente necessária diretamente, são conectadas a transistores drivers de linha (por exemplo, PNP ou MOSFETs de canal P para fornecer corrente aos ânodos) e transistores drivers de coluna ou drivers de dreno dedicados (por exemplo, NPN, MOSFETs de canal N, ou ICs driver de LED como o ULN2003 para absorver corrente dos cátodos). A rotina de multiplexação percorre rapidamente cada linha (1-7), ativando os cátodos de coluna apropriados para aquela linha para formar o caractere desejado. O ciclo de trabalho de 1/16 mencionado na condição de teste é uma taxa de multiplexação típica (por exemplo, 1 linha ativa por vez em um possível ciclo de 7+? quadros; o tempo exato depende do projeto do driver).

8.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Essencial para cada segmento LED. Use resistores ou drivers de corrente constante. Calcule o valor do resistor com base na tensão de alimentação (V_CC), a tensão direta do LED (V_F), e a corrente direta desejada (I_F). Para operação multiplexada, use a corrente de pico (I_p). Exemplo: Para V_CC=5V, V_F=2.6V, I_p=32mA, R = (5V - 2.6V) / 0.032A ≈ 75 Ohms.
• Frequência de Multiplexação:Deve ser alta o suficiente para evitar cintilação visível (tipicamente taxa de quadros >60 Hz). A persistência da visão fundirá as linhas que ciclam rapidamente em uma imagem estável.
• Dissipação de Calor:Aderir à curva de redução de corrente em altas temperaturas ambientes. Garanta ventilação adequada se usado em espaços fechados.
• Ângulo de Visão:Embora não especificado, matrizes LED padrão têm um amplo ângulo de visão. O design de face cinza/ponto branco otimiza o contraste para visualização frontal.

9. Comparação Técnica

Comparado a outras tecnologias de display contemporâneas disponíveis na época de seu lançamento (2002), o LTP-2157AKY ofereceu vantagens distintas:

• vs. Displays Incandescentes ou Fluorescentes a Vácuo (VFDs):O display LED é muito mais eficiente em energia, gera menos calor, oferece tempo de resposta mais rápido e tem uma vida útil significativamente mais longa. Também é mecanicamente mais robusto, pois não possui filamentos frágeis ou envelopes de vidro.
• vs. LCDs Antigos:O display LED é autoiluminante, fornecendo brilho muito mais alto e melhor visibilidade em condições de pouca luz ou luz solar direta sem backlight. Também tem uma faixa de temperatura de operação mais ampla e não tem problemas de resposta lenta em ambientes frios.
• vs. Outras Cores de LED (por exemplo, Vermelho GaAsP):A tecnologia AlInGaP usada neste LED âmbar amarelo fornece maior eficiência luminosa (mais saída de luz por unidade de potência elétrica) e melhor estabilidade a longo prazo do que os LEDs vermelhos GaAsP mais antigos.

10. Perguntas Frequentes (FAQs)

P1: Posso acionar este display com uma alimentação constante de 5V nos ânodos?

R1: Não. LEDs são dispositivos acionados por corrente. Aplicar uma tensão constante sem um resistor limitador de corrente em série causará fluxo de corrente excessivo, potencialmente destruindo o LED. Sempre use um mecanismo de limitação de corrente.

P2: Por que existem dois pinos para a Coluna 3 e Linha 4?

R2: Os pinos 4 e 11 estão ambos conectados internamente ao Cátodo da Coluna 3, e os pinos 5 e 12 estão ambos conectados ao Ânodo da Linha 4. Isto provavelmente é feito para eficiência do layout interno de ligação por fio ou para fornecer pontos de conexão alternativos na PCB para conveniência de roteamento. Eletricamente, eles são o mesmo nó.

P3: O que significa \"Ciclo de Trabalho 1/16\" na condição de teste de intensidade luminosa?

R3: Significa que o LED foi pulsado com um ciclo de trabalho de 1/16 (6.25%). A corrente de pico (I_p=32mA) é maior do que a corrente DC média seria para a mesma percepção de brilho em um sistema multiplexado. A corrente média é I_p* ciclo de trabalho = 32mA * 0.0625 = 2mA. Esta operação pulsada é padrão para testar displays multiplexados.

P4: Como exibo um caractere como a letra \"A\"?

R4: Você precisa de um mapa de fonte ou tabela de consulta que define quais pontos (interseções de linha, coluna) iluminar para cada caractere. Para uma matriz 5x7, isto é tipicamente um array de 5 bytes por caractere, onde cada bit em um byte representa um elemento de linha em uma coluna. Seu software de microcontrolador usa este mapa durante a varredura de multiplexação.

11. Estudo de Caso de Projeto Prático

Considere projetar um termômetro digital simples com uma leitura de 3 dígitos usando três displays LTP-2157AKY. O sistema exigiria um sensor de temperatura, um microcontrolador (por exemplo, um MCU de 8 bits) e circuito de acionamento. O microcontrolador lê o sensor, converte o valor para BCD ou um mapa de fonte personalizado, e aciona os displays. Devido ao número de pinos (3 displays * 14 pinos = 42 pinos se acionados diretamente), um esquema de multiplexação é obrigatório. O projeto envolveria: 1) Conectar todos os pinos de linha correspondentes (ânodos) dos três displays juntos (criando 7 linhas de ânodo comuns). 2) Conectar os pinos de coluna (cátodos) de cada display separadamente (criando 3 displays * 5 colunas = 15 linhas de cátodo). 3) Usar o microcontrolador com 7+15=22 linhas de I/O (ou menos com registradores de deslocamento externos ou expansores de porta) para varrer as linhas comuns e ativar as colunas apropriadas para cada dígito sequencialmente em alta frequência. Resistores limitadores de corrente seriam colocados nas linhas de ânodo comuns ou nas linhas de cátodo individuais.

12. Princípio de Operação

O LTP-2157AKY é baseado no princípio de eletroluminescência de uma junção P-N semicondutora. Quando polarizado diretamente, elétrons da camada N-tipo de AlInGaP se recombinam com lacunas da camada P-tipo na região ativa. Este evento de recombinação libera energia na forma de fótons (luz). O comprimento de onda específico de 595 nm (âmbar amarelo) é determinado pela energia de bandgap do material semicondutor AlInGaP, que é projetada durante o processo de crescimento do cristal. O substrato de GaAs não transparente ajuda a refletir a luz para cima, melhorando a eficiência geral de extração de luz da superfície superior do chip.

13. Tendências Tecnológicas

Desde o lançamento desta folha de dados (2002), a tecnologia de display LED avançou significativamente. Embora o formato de matriz de pontos 5x7 permaneça um cavalo de batalha para displays simples, a tecnologia subjacente evoluiu. LEDs AlInGaP tiveram melhorias em eficiência e vida útil. Além disso, novas opções de display se tornaram prevalentes: 1)Matrizes de Maior Densidade:Matrizes gráficas 8x8, 16x16 e maiores agora são comuns e baratas. 2)LEDs de Dispositivo de Montagem em Superfície (SMD):Projetos modernos frequentemente usam LEDs SMD individuais colocados em uma PCB para formar uma matriz, oferecendo mais flexibilidade de projeto. 3)Displays de LED Orgânico (OLED):Fornecem alto contraste, amplos ângulos de visão e fatores de forma flexíveis, embora possam ter diferentes restrições de vida útil e ambientais. 4)Displays com Controlador Integrado:Módulos modernos frequentemente incluem um controlador embutido (como o HD44780 para LCDs de caractere ou drivers dedicados de matriz LED) que simplifica os requisitos de interface para apenas algumas linhas de dados e controle. No entanto, os princípios fundamentais de projeto para acionar uma matriz de LED multiplexada, conforme detalhado para o LTP-2157AKY, permanecem diretamente aplicáveis a muitos projetos modernos de matriz de LED discreta.