Folha de Dados do Display de Matriz de Pontos LED LTP-1557AKD - Altura 1,2 Polegadas (30,42mm) - Vermelho Hiper (650nm) - 40mW por Ponto - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTP-1557AKD é um módulo de display alfanumérico de um dígito, construído usando uma matriz de pontos 5x7 de diodos emissores de luz (LEDs) AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) Vermelho Hiper. Esta configuração é padrão para exibir conjuntos de caracteres ASCII e EBCDIC, tornando-o adequado para aplicações que requerem leituras claras de um único caractere. O dispositivo possui uma face cinza com pontos brancos, aumentando o contraste para melhor legibilidade. Seu princípio de projeto central é baseado em uma arquitetura de matriz de colunas de cátodo comum e linhas de ânodo comum, permitindo multiplexação eficiente para controlar LEDs individuais com um número reduzido de pinos de E/S.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens deste display incluem sua confiabilidade de estado sólido, amplo ângulo de visão devido ao design de plano único e baixo requisito de energia. A altura do caractere de 1,2 polegadas (30,42 mm) proporciona boa visibilidade. Ele é categorizado por intensidade luminosa, permitindo binning de brilho. O dispositivo é empilhável horizontalmente, permitindo a criação de displays de múltiplos caracteres. Seus mercados-alvo primários incluem painéis de controle industrial, instrumentação, equipamentos de teste, terminais de ponto de venda e outros sistemas embarcados onde um display de caractere simples, confiável e de baixa potência é necessário.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Absolutas Máximas

Estas especificações definem os limites além dos quais danos permanentes ao dispositivo podem ocorrer. Elas não são para operação contínua.

• Dissipação de Potência Média por Ponto:40 mW. Isto limita a carga térmica contínua em cada chip LED individual.
• 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, usado para alcançar brilho instantâneo mais alto em esquemas multiplexados.
• Corrente Direta Média por Ponto:A especificação base é 15 mA a 25°C. Esta especificação reduz linearmente a 0,2 mA/°C à medida que a temperatura ambiente (Ta) aumenta acima de 25°C, uma consideração crítica para o gerenciamento térmico.
• Tensão Reversa por Ponto:5 V. Exceder este valor pode quebrar a junção PN do LED.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldagem:Máximo de 260°C por no máximo 3 segundos, medido 1,6mm (1/16 polegada) abaixo do plano de assento do encapsulamento.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros são medidos a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C e definem o desempenho típico do dispositivo.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):Varia de 800 µcd (mínimo) a 2600 µcd (típico). Medido sob uma condição pulsada de I_p=32mA e um ciclo de trabalho de 1/16. A ampla faixa indica o efeito da categorização de intensidade luminosa (binning).
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):650 nm (típico). Isto define a cor primária da luz emitida como Vermelho Hiper.
• Largura à Meia Altura Espectral (Δλ):20 nm (típico). Isto indica a pureza espectral ou largura de banda da luz vermelha emitida.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):639 nm (típico). Este é o comprimento de onda percebido pelo olho humano, ligeiramente diferente do comprimento de onda de pico.
• Tensão Direta (V_F) em qualquer Ponto:
  • 2,1V a 2,6V (faixa típica) em I_F=20mA.
  • 2,3V a 2,8V (faixa típica) em I_F=80mA (pulsada). Mostra o coeficiente de temperatura positivo e a resistência dinâmica do LED.
• Corrente Reversa (I_R) em qualquer Ponto:Máximo de 100 µA em V_R=5V.
• Taxa de Compatibilidade de Intensidade Luminosa (I_V-m):Máximo 2:1. Isto especifica a taxa máxima permitida entre o LED mais brilhante e o mais fraco na matriz sob as mesmas condições de acionamento, garantindo uma aparência uniforme.

Nota de Medição:A intensidade luminosa é medida com uma combinação de sensor e filtro que aproxima a curva de resposta do olho fotópico da CIE, garantindo que os valores se correlacionem com a percepção visual humana.

3. Explicação do Sistema de Binning

A folha de dados afirma explicitamente que o dispositivo é "Categorizado por Intensidade Luminosa". Este é um parâmetro de binning crítico.

• Binning de Intensidade Luminosa:A faixa típica de I_Vde 800-2600 µcd sugere múltiplos bins de intensidade. Os projetistas devem selecionar o bin apropriado com base nos requisitos de brilho da aplicação e garantir consistência ao usar múltiplos displays.
• Consistência de Comprimento de Onda:Embora não seja explicitamente categorizado por comprimento de onda, as especificações típicas apertadas para λ_p(650nm) e λ_d(639nm) indicam um bom controle de fabricação, resultando em uma cor vermelha consistente entre os dispositivos.
• Tensão Direta:A faixa especificada de V_F(ex.: 2,1-2,6V) implica uma dispersão. Para projetos com muitos displays ou requisitos de energia rigorosos, pode ser necessário consultar o fabricante sobre opções de binning de tensão.

4. Análise de Curvas de Desempenho

A folha de dados faz referência a "Curvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas". Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, as curvas padrão para tais dispositivos normalmente incluiriam:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V):Mostra a relação exponencial, crucial para projetar circuitos limitadores de corrente. A curva se desloca com a temperatura.
• Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta:Demonstra que a saída de luz é relativamente linear com a corrente na faixa de operação normal antes que a queda de eficiência ocorra em correntes muito altas.
• Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Mostra a diminuição na saída de luz à medida que a temperatura da junção aumenta, destacando a importância do gerenciamento térmico, especialmente quando acionado em correntes médias mais altas.
• Distribuição Espectral:Um gráfico de intensidade relativa vs. comprimento de onda, centrado em torno de 650nm com uma meia largura de ~20nm, confirmando a cor Vermelho Hiper.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões da Embalagem

O dispositivo possui dimensões físicas específicas fornecidas em um desenho (referenciado, mas não detalhado no texto). Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,25 mm, salvo indicação em contrário. Isto inclui a altura total, largura, profundidade, espaçamento dos terminais e posicionamento da matriz de pontos dentro da face cinza.

5.2 Conexão dos Pinos e Circuito Interno

O dispositivo usa uma configuração de 14 pinos. O diagrama do circuito interno mostra uma matriz 5x7 padrão onde:
- Colunas (1-5) são grupos de cátodo comum.
- Linhas (1-7) são grupos de ânodo comum.
Para iluminar um ponto específico (ex.: Linha 3, Coluna 2), o ânodo da linha correspondente deve ser acionado em nível alto (com limitação de corrente) enquanto o cátodo da coluna correspondente é colocado em nível baixo. A tabela de pinagem é essencial para o layout correto da PCB e o projeto do circuito de acionamento.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A especificação de montagem chave é o perfil de soldagem.

• Soldagem por Refluxo:A temperatura máxima permitida no corpo do encapsulamento (1,6mm abaixo do plano de assento) é de 260°C, e esta temperatura de pico não deve ser mantida por mais de 3 segundos. Os perfis de refluxo padrão sem chumbo (SnAgCu) devem ser cuidadosamente controlados para permanecer dentro deste limite para evitar danos aos chips LED, ligações internas ou ao encapsulamento plástico.
• Soldagem Manual:Se necessário, deve ser realizada rapidamente com um ferro de soldar com controle de temperatura, aplicando calor à trilha da PCB e não diretamente ao terminal do componente por um período prolongado.
• Limpeza:Use apenas agentes de limpeza compatíveis com o material do encapsulamento LED.
• Condições de Armazenamento:Armazene em um ambiente seco e antiestático dentro da faixa de temperatura especificada de -35°C a +85°C para evitar absorção de umidade e danos por descarga eletrostática.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Indicadores Industriais:Indicadores de status, códigos de erro ou displays de valor único em máquinas.
• Equipamentos de Teste e Medição:Exibindo unidades (V, A, Hz), números de canal ou códigos simples.
• Eletrônicos de Consumo:Displays de relógio, indicadores de status de eletrodomésticos (embora menos comum hoje).
• Prototipagem e Educação:Excelente para aprender a interface com microcontroladores e técnicas de multiplexação.

7.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento:Requer um microcontrolador ou CI driver dedicado capaz de multiplexar 12 linhas (5 colunas + 7 linhas). Use transistores ou drivers integrados de sumidouro/fonte para lidar com a corrente necessária.
• Limitação de Corrente:Essencial para cada linha ou coluna. Calcule os valores dos resistores com base na corrente média desejada (ex.: 10-15mA por ponto), tensão de alimentação e tensão direta do LED. Lembre-se de que a corrente é compartilhada entre múltiplos LEDs em um quadro multiplexado.
• Taxa de Atualização:A taxa de varredura de multiplexação deve ser alta o suficiente (tipicamente >100Hz) para evitar cintilação visível. O ciclo de trabalho de 1/16 mencionado nas especificações implica que um esquema de multiplexação de 16 etapas é adequado.
• Gerenciamento Térmico:Ao operar próximo à corrente média máxima ou em altas temperaturas ambientes, garanta ventilação adequada. A redução de 0,2 mA/°C para I_Fé crucial para a confiabilidade.
• Ângulo de Visão:O amplo ângulo de visão é benéfico, mas considere a orientação de montagem em relação ao usuário.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado a matrizes de LED vermelho mais antigas de GaAsP ou GaP, a tecnologia AlInGaP no LTP-1557AKD oferece eficiência luminosa significativamente maior, resultando em displays mais brilhantes na mesma corrente ou menor consumo de energia para o mesmo brilho. O comprimento de onda Vermelho Hiper (650nm) é mais vibrante e distinto que o vermelho padrão. Comparado a OLEDs ou LCDs gráficos modernos, este dispositivo é muito mais simples, robusto, de menor custo e opera em uma faixa de temperatura mais ampla, mas é limitado a caracteres 5x7 predefinidos. Seu nicho está em aplicações que demandam extrema confiabilidade, simplicidade e baixo custo para exibição de caracteres.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

• P: Posso acionar este display com uma corrente DC constante em cada ponto?
  R: Tecnicamente sim, mas exigiria 35 drivers independentes, o que é ineficiente. A multiplexação é o método padrão e pretendido, usando a arquitetura de seleção X-Y.
• P: Por que a corrente de pico (90mA) é tão maior que a corrente média (15mA)?
  R: Na multiplexação, cada LED é energizado apenas por uma fração do tempo (ciclo de trabalho). Para alcançar um brilho médio percebido equivalente a 15mA DC, uma corrente pulsada mais alta é usada durante seu intervalo de tempo ativo. A especificação de 90mA garante que o LED possa suportar esses pulsos breves.
• P: O que significa uma "Taxa de Compatibilidade de Intensidade Luminosa de 2:1" para o meu projeto?
  R: Significa que o ponto mais fraco na matriz pode ser metade do brilho do ponto mais brilhante sob condições de acionamento idênticas. Para caracteres de aparência uniforme, você pode precisar selecionar dispositivos de um bin mais restrito ou implementar compensação de brilho por software se seu driver permitir controle individual de pontos.
• P: Como conecto este dispositivo de 14 pinos a um microcontrolador com menos pinos de E/S?
  R: Você deve usar registradores de deslocamento externos (como 74HC595), expansores de E/S ou um CI driver LED dedicado com suporte a multiplexação. Você não pode reduzir o número de linhas de controle necessárias abaixo de 12 para o controle total da matriz 5x7.

10. Estudo de Caso de Projeto Prático

Cenário:Projetando uma leitura de temperatura de um dígito para um controlador de forno industrial operando até 70°C ambiente.

• Brilho:Selecione um bin de intensidade luminosa do extremo superior (ex.: 2000+ µcd) para garantir visibilidade em um ambiente potencialmente claro.
• Corrente de Acionamento:Determine a corrente média reduzida. Em Ta=70°C, a redução é (70-25)°C * 0,2 mA/°C = 9 mA. Portanto, a corrente média contínua segura máxima por ponto é 15 mA - 9 mA = 6 mA. O projeto deve usar uma corrente pulsada dentro do ciclo de trabalho de 1/16 para alcançar o brilho necessário enquanto mantém acorrentemédia em ou abaixo de 6mA por ponto.
• Circuito:Use um microcontrolador para gerar os sinais de multiplexação. Empregue MOSFETs de canal N de lado baixo para drenar correntes de coluna e MOSFETs de canal P de lado alto ou um CI driver para fornecer correntes de linha. Calcule resistores limitadores de corrente com base na tensão de alimentação (ex.: 5V), a V_Fdo LED na corrente pulsada e o valor de corrente pulsada desejado necessário para produzir um brilho médio efetivo.
• Layout:Posicione o display longe de outros componentes geradores de calor na PCB. Garanta que o perfil de refluxo de solda durante a montagem adira estritamente ao limite de 260°C por 3s.

11. Princípio de Funcionamento

O dispositivo opera no princípio da eletroluminescência em uma junção PN semicondutora. Quando uma tensão de polarização direta que excede a tensão de condução do diodo (~2,1V) é aplicada através de uma célula LED individual (ânodo da linha em alto, cátodo da coluna em baixo), elétrons e lacunas se recombinam na região ativa de AlInGaP, liberando energia na forma de fótons com um comprimento de onda centrado em 650 nm (luz vermelha). O arranjo de matriz 5x7 e a arquitetura de ânodo/cátodo comum permitem que qualquer um dos 35 pontos seja endereçado individualmente selecionando as linhas de linha e coluna apropriadas, permitindo a formação de caracteres através da multiplexação.

12. Tendências Tecnológicas

Embora displays de matriz de pontos LED discretos como o LTP-1557AKD permaneçam relevantes para aplicações específicas robustas e sensíveis ao custo, a tendência mais ampla é em direção à integração e tecnologias avançadas. Módulos de caracteres LCD e OLED integrados com controladores embutidos tornaram-se padrão para displays mais complexos. Para aplicações que ainda requerem LEDs, matrizes de LED SMD (dispositivo de montagem em superfície) e matrizes de LED RGB endereçáveis de alta densidade e multicolor (ex.: usando LEDs do tipo WS2812B) são cada vez mais populares por sua flexibilidade e facilidade de uso. No entanto, a simplicidade, alta confiabilidade, ampla faixa de temperatura e saída de cor única distinta e brilhante dos LEDs de matriz de pontos tradicionais de furo passante garantem seu uso contínuo em aplicações industriais, automotivas e de ambientes severos onde tecnologias mais novas podem não atender a todos os requisitos.