Ficha Técnica do Display LED LTP-2157AKY-01 - Altura da Matriz 2.0 Polegadas (50.8mm) - Âmbar Amarelo - Matriz de Pontos 5x7 - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTP-2157AKY-01 é um módulo de display alfanumérico de matriz de pontos 5x7 com altura de matriz de 2.0 polegadas (50.8 mm). Foi concebido para fornecer uma representação de caracteres nítida e de alto contraste para aplicações que requerem saída numérica ou alfanumérica limitada. O dispositivo utiliza chips LED avançados de AS-AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) cultivados sobre um substrato de GaAs, conhecidos pela sua alta eficiência e excelente brilho. O display apresenta uma face preta com pontos brancos, melhorando o contraste e a legibilidade sob várias condições de iluminação. A sua aplicação principal é em instrumentação industrial, eletrónica de consumo e outros dispositivos onde é necessária uma solução de display compacta, fiável e de baixo consumo.

1.1 Vantagens Principais

• Alto Brilho e Contraste:A tecnologia AlInGaP combinada com o design de face preta/pontos brancos proporciona uma visibilidade superior.
• Baixo Requisito de Potência:Projetado para operação eficiente, tornando-o adequado para aplicações alimentadas por bateria ou com consciência energética.
• Fiabilidade de Estado Sólido:Os LEDs oferecem uma longa vida operacional, resistência a choques e desempenho consistente em comparação com outras tecnologias de display.
• Excelente Aparência dos Caracteres:O formato de matriz de pontos 5x7 fornece caracteres bem definidos e facilmente reconhecíveis.
• Arquitetura de Seleção X-Y:A matriz está organizada numa configuração de linha (ânodo) e coluna (cátodo), permitindo uma multiplexagem e controlo eficientes com um número reduzido de pinos de acionamento.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma análise objetiva e detalhada dos principais parâmetros elétricos e óticos especificados na ficha técnica. Compreender estes valores é crítico para um correto design do circuito e para garantir a fiabilidade a longo prazo.

2.1 Ratings Absolutos Máximos

Estes ratings definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não é aconselhada operação fora destes limites.

• Dissipação de Potência Média por Ponto:35 mW. Este limite é crucial para a gestão térmica. Excedê-lo pode levar a sobreaquecimento, redução da saída luminosa e degradação acelerada do chip LED.
• Corrente Direta de Pico por Ponto:60 mA (a 1 kHz, ciclo de trabalho de 25%). Este rating é para operação pulsada. A corrente média nestas condições é de 15 mA (60 mA * 0.25), que ainda deve estar abaixo do rating de corrente média.
• Corrente Direta Média por Ponto:O rating base é de 13 mA a 25°C. É importante notar que ele derating por 0.17 mA/°C. Por exemplo, a uma temperatura ambiente (Ta) de 85°C, a corrente média máxima permitida seria: 13 mA - [0.17 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 13 mA - 10.2 mA =2.8 mA. Este forte derating realça a necessidade de um cuidadoso design térmico em ambientes de alta temperatura.
• Tensão Reversa por Ponto:5 V. Aplicar uma tensão de polarização reversa superior a esta pode causar ruptura da junção.
• Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C. O dispositivo é classificado para faixas de temperatura industrial.
• Condição de Soldadura:260°C durante 3 segundos, com a ponta do ferro pelo menos 1/16 de polegada (aprox. 1.6 mm) abaixo do plano de assento. Isto evita que calor excessivo suba pelos terminais e danifique os chips LED internos.

2.2 Características Elétricas e Óticas (Ta = 25°C)

Estes são os parâmetros de desempenho típicos sob condições de teste especificadas.

• Intensidade Luminosa Média por Ponto (I_V):1650 (Mín), 3600 (Tip) µcd. Testado a uma corrente de pico (I_p) de 32 mA com um ciclo de trabalho de 1/16. A corrente média real é de 2 mA. A ampla gama indica potencial binning para brilho.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):595 nm (Tip). Isto define o comprimento de onda no qual a saída espectral é máxima, colocando-o na região âmbar-amarela do espectro visível.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):592 nm (Tip). Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano, correspondendo de perto ao comprimento de onda de pico.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):15 nm (Tip). Isto indica a pureza espectral; uma largura mais estreita significa uma cor mais saturada e pura.
• Tensão Direta por Segmento (V_F):
  • 2.05V (Mín), 2.6V (Tip) a I_F= 20 mA.
  • 2.3V (Mín), 2.8V (Tip) a I_F= 80 mA. O aumento com a corrente deve-se à resistência em série do díodo.
• Corrente Reversa (I_R):100 µA (Máx) a V_R= 5V. É desejável uma corrente reversa baixa.
• Rácio de Correspondência de Intensidade Luminosa (I_V-m):2:1 (Máx). Isto especifica o rácio máximo permitido entre o ponto mais brilhante e o mais fraco na matriz, garantindo uma aparência uniforme.

3. Explicação do Sistema de Binning

Embora a ficha técnica fornecida não detalhe uma estrutura formal de binning comercial, as gamas de parâmetros especificadas implicam variação inerente. Os designers devem estar cientes das seguintes variações potenciais entre unidades ou lotes de produção:

• Bin de Comprimento de Onda/Cor:O comprimento de onda dominante típico é de 592 nm. As unidades podem variar ligeiramente em torno deste valor, afetando o tom preciso de âmbar-amarelo.
• Bin de Intensidade Luminosa (Brilho):A intensidade luminosa tem um mínimo de 1650 µcd e um valor típico de 3600 µcd. Esta ampla dispersão sugere que, para aplicações que requerem correspondência rigorosa de brilho, pode ser necessária seleção ou binning ao nível da montagem.
• Bin de Tensão Direta:A gama de tensão direta (2.05V a 2.6V a 20mA) indica variação. Isto é importante para projetar drivers de corrente constante para garantir brilho consistente em todos os segmentos sem sobrecarregar os de maior V_F dots.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia curvas características típicas. Estes gráficos, embora não exibidos no texto fornecido, são essenciais para compreender o comportamento do dispositivo em condições não padrão.

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

Esta curva mostraria a relação exponencial típica de um díodo. Os pontos V_Fespecificados a 20mA e 80mA dão dois pontos de dados. A curva ajuda a determinar a tensão de acionamento necessária para uma dada corrente e permite calcular a dissipação de potência (V_F* I_F).

4.2 Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta

Este gráfico mostra como a saída de luz aumenta com a corrente. Para LEDs, a relação é geralmente linear numa gama, mas saturará a correntes muito altas devido a droop térmico e de eficiência. Operar perto da corrente típica (derivada da especificação de pico de 32mA, ciclo de 1/16) garante eficiência e longevidade ótimas.

4.3 Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente

A saída de luz do LED diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta característica, aliada ao forte derating de corrente (0.17 mA/°C), sublinha a importância crítica de gerir a temperatura de operação do dispositivo para manter brilho e fiabilidade consistentes.

4.4 Distribuição Espectral

Um gráfico de intensidade relativa vs. comprimento de onda mostraria um pico por volta de 595 nm com uma largura a meia altura típica de 15 nm, confirmando o ponto de cor âmbar-amarelo.

5. Informação Mecânica e de Embalagem

5.1 Dimensões da Embalagem

O módulo de display tem dimensões físicas específicas (fornecidas num diagrama na ficha técnica original). Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0.25 mm, salvo indicação em contrário. Os designers devem incorporar estas dimensões nos seus invólucros de produto e layouts de PCB.

5.2 Ligação dos Pinos e Identificação de Polaridade

O dispositivo tem uma configuração de 14 pinos. A pinagem é a seguinte: 1. Ânodo Linha 5 2. Ânodo Linha 7 3. Cátodo Coluna 2 4. Cátodo Coluna 3 5. Ânodo Linha 4 6. Cátodo Coluna 5 7. Ânodo Linha 6 8. Ânodo Linha 3 9. Ânodo Linha 1 10. Cátodo Coluna 4 11. Cátodo Coluna 3 (Nota: O Pino 4 também é Cátodo Coluna 3; isto é provavelmente um erro tipográfico no texto fonte. Presume-se que o Pino 11 seja Cátodo Coluna 6 ou outra coluna. O diagrama de circuito interno deve ser consultado para clarificação.) 12. Ânodo Linha 4 (Duplicado do Pino 5; provavelmente um erro de documentação) 13. Cátodo Coluna 1 14. Ânodo Linha 2

Nota Crítica:A lista de pinos fornecida contém duplicados aparentes (Pinos 4 & 11 para Coluna 3, Pinos 5 & 12 para Linha 4). ODiagrama de Circuito Internoreferenciado na ficha técnica é a fonte autoritativa para o mapeamento correto pino-para-segmento e deve ser usado para o design. O display usa uma configuração de grupo de cátodo comum de acordo com a descrição \"Cátodo Coluna\" e \"Ânodo Linha\".

5.3 Diagrama de Circuito Interno

O esquema mostra a interligação elétrica dos 35 LEDs (5 colunas x 7 linhas). O ânodo de cada LED está ligado a uma linha, e o seu cátodo está ligado a uma coluna. Para iluminar um ponto específico, a sua linha correspondente deve ser ativada em alto (ânodo), e a linha da coluna deve ser ativada em baixo (cátodo). Esta estrutura de matriz permite controlar 35 pontos com apenas 12 linhas (5 linhas + 7 colunas), permitindo uma multiplexagem eficiente.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

• Soldadura por Reflow:Siga a condição especificada: 260°C durante 3 segundos. Use um perfil térmico controlado para evitar choque térmico.
• Soldadura Manual:Se necessário, use um ferro com controlo de temperatura. Aplique calor ao pino, não ao corpo do pacote, e limite o tempo de contacto para evitar que o calor suba para o display.
• Limpeza:Use solventes apropriados compatíveis com os materiais do display (provavelmente epóxi e plástico). Evite limpeza ultrassónica que possa danificar as ligações internas.
• Condições de Armazenamento:Armazene num ambiente seco e antiestático dentro da gama de temperatura especificada (-35°C a +85°C).

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Painéis de Medição Industrial:Exibição de valores numéricos para tensão, corrente, temperatura, pressão, etc.
• Equipamento de Teste e Medição:Indicadores para multímetros, osciloscópios (para configurações ou leituras básicas), geradores de sinal.
• Eletrodomésticos:Temporizadores, balanças, displays de equipamento de áudio.
• Dispositivos Médicos:Indicadores numéricos simples em monitores ou ferramentas de diagnóstico onde a fiabilidade é fundamental.
• Equipamento de Retalho:Displays de preços, terminais de transação básicos.

7.2 Considerações de Design

• Circuito de Acionamento:É necessário um microcontrolador com pinos GPIO suficientes ou um CI driver de LED dedicado com suporte a multiplexagem. O driver deve ser capaz de fornecer corrente para as linhas de ânodo e absorver corrente para as colunas de cátodo. Resistências limitadoras de corrente são obrigatórias para cada linha ou coluna para definir a corrente direta.
• Cálculo da Corrente:Devido à multiplexagem, a corrente instantânea (de pico) por LED será maior do que a corrente média desejada. Para N linhas multiplexadas, a corrente de pico deve ser aproximadamente N vezes a corrente média desejada. Certifique-se de que esta corrente de pico não excede o rating absoluto máximo de 60 mA.
• Gestão Térmica:Aderir à curva de derating de corrente. Em altas temperaturas ambientes, reduza a corrente de acionamento ou melhore a ventilação. A face preta pode absorver mais calor ambiente.
• Ângulo de Visão:Considere a posição de visualização pretendida. Displays LED de matriz de pontos têm frequentemente um ângulo de visão ótimo limitado.
• Proteção ESD:Implemente proteção ESD padrão nas linhas de controlo, especialmente se o display for acessível ao utilizador.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com outras tecnologias de display da sua época (como displays fluorescentes a vácuo (VFDs) ou LCDs mais pequenos), o LTP-2157AKY-01 oferece vantagens distintas:

• vs. VFDs:Tensão de operação mais baixa, não requer filamento ou driver de alta tensão, mais robusto, maior tempo de vida e melhor desempenho em ambientes de baixa temperatura.
• vs. LCDs:Brilho e contraste muito superiores, auto-iluminante (não precisa de retroiluminação), gama de temperatura de operação mais ampla e tempo de resposta mais rápido. A desvantagem é maior consumo de energia e capacidade limitada para exibir gráficos complexos.
• vs. LEDs Padrão de GaP ou GaAsP:O uso da tecnologia AlInGaP proporciona uma eficiência luminosa e brilho significativamente superiores, resultando numa melhor visibilidade em condições de luz intensa.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

P1: Posso acionar este display com uma corrente constante de 20mA por ponto?

R: Não diretamente em modo estático para todos os pontos simultaneamente, pois isso excederia o limite de dissipação de potência média (35 mW/ponto * 35 pontos = 1.225W, e 20mA * 2.6V = 52mW/ponto). Deve usar multiplexagem. Num multiplex com ciclo de trabalho de 1/7 (iluminando uma linha de cada vez), a corrente de pico por ponto poderia ser ~140mA para atingir uma média de 20mA, o que excede o rating de pico de 60mA. Portanto, deve projetar o esquema de multiplexagem e a corrente de pico cuidadosamente para permanecer dentro dos limites médios e de pico.

P2: Por que há atribuições de pinos duplicadas na lista?

R: A lista de pinos textual no conteúdo fornecido provavelmente contém erros de documentação. A referência definitiva é oDiagrama de Circuito Internona ficha técnica original. Use sempre o esquema para o seu design de PCB.

P3: Como calculo a resistência limitadora de corrente necessária?

R: Para uma fonte de tensão constante (V_CC), use a Lei de Ohm: R = (V_CC- V_F- V_CE(sat)) / I_F. Onde V_Fé a tensão direta do LED (use o valor máximo por segurança, ex., 2.8V), V_CE(sat)é a tensão de saturação do transistor driver da coluna (se usado), e I_Fé a corrente direta desejada. Para um design multiplexado, I_Fé acorrente de pico current.

P4: Qual é a diferença entre comprimento de onda de pico e dominante?

R: O comprimento de onda de pico (λ_p) é o ponto físico de máxima emissão espectral. O comprimento de onda dominante (λ_d) é o correlato psicofísico, representando o comprimento de onda único que corresponderia à cor percebida. Eles estão frequentemente muito próximos para LEDs monocromáticos.

10. Estudo de Caso de Design Prático

Cenário:Projetar um indicador digital simples de voltímetro usando o LTP-2157AKY-01, acionado por um sistema de microcontrolador de 5V num ambiente até 50°C.

1. Seleção do Driver:Escolha um microcontrolador com pelo menos 12 pinos GPIO livres ou combine um MCU mais pequeno com um registo de deslocamento série-para-paralelo e matrizes de transístores para acionamento de linha/coluna.
2. Limite de Corrente:Determine a corrente média máxima por ponto a 50°C: 13 mA - [0.17 mA/°C * (50-25)] = 13 mA - 4.25 mA =8.75 mA.
3. Esquema de Multiplexagem:Use multiplexagem de linha 1:7. Para atingir uma média de 8.75 mA, a corrente de pico durante o seu tempo de linha ativa deve ser ~61.25 mA (8.75 * 7). Isto está ligeiramente acima do rating de pico de 60 mA. Portanto, reduza a média alvo para ~8.5 mA, dando um pico de 59.5 mA.
4. Cálculo da Resistência:Assumindo um V_CE(sat)do driver de coluna de 0.2V e um V_F(máx)de 2.8V. Para uma fonte de 5V a acionar o ânodo: R = (5V - 2.8V - 0.2V) / 0.0595 A ≈ 33.6Ω. Use uma resistência padrão de 33Ω. Rating de potência: P = I²* R = (0.0595)²* 33 ≈ 0.117W. Uma resistência de 1/4W é suficiente.
5. Software:Implemente uma interrupção de temporizador para percorrer as 7 linhas, ligando os drivers de coluna apropriados para cada linha com base no mapa de fontes de caracteres.

11. Princípio de Funcionamento

O dispositivo funciona com base no princípio da eletroluminescência numa junção p-n de semicondutor. Quando uma tensão de polarização direta que excede a tensão de ativação do díodo é aplicada através de uma célula LED individual (ânodo da linha positivo, cátodo da coluna negativo), os eletrões e as lacunas recombinam-se na região ativa de AlInGaP, libertando energia na forma de fotões a um comprimento de onda determinado pela banda proibida do material (~592-595 nm, âmbar-amarelo). A matriz 5x7 é endereçada ativando seletivamente uma linha (ânodo) de cada vez, enquanto se fornecem caminhos de sumidouro nas colunas (cátodos) para os pontos que devem ser iluminados nessa linha. Este processo (multiplexagem) ocorre mais rápido do que o olho humano pode perceber, criando uma imagem estável de todos os pontos desejados.

12. Tendências Tecnológicas

Embora este produto específico utilize a tecnologia madura de AlInGaP-on-GaAs, o campo mais amplo dos displays LED evoluiu significativamente. As tendências atuais relevantes para esta categoria de produto incluem:

• Miniaturização:Displays de matriz de pontos estão disponíveis em pitches de pixel e tamanhos de embalagem muito mais pequenos.
• Matrizes RGB a Cores Completas:Os displays modernos frequentemente integram LEDs vermelho, verde e azul em cada pixel, permitindo gráficos a cores completas.
• Drivers Integrados:Módulos mais recentes frequentemente incluem o CI driver e o controlador a bordo, comunicando via interfaces série (I2C, SPI), simplificando enormemente o design do sistema hospedeiro em comparação com a multiplexagem direta de GPIO.
• Materiais de Maior Eficiência:A transição do AlInGaP para materiais ainda mais eficientes como o InGaN para certas cores, e melhorias contínuas na eficiência quântica interna e extração de luz.
• Tecnologias Alternativas:Para displays alfanuméricos, a tecnologia OLED (LED Orgânico) oferece benefícios auto-emissivos semelhantes com fatores de forma potencialmente mais finos e ângulos de visão mais amplos, embora historicamente com considerações de tempo de vida e custo diferentes.

O LTP-2157AKY-01 representa uma solução robusta e comprovada para aplicações onde a sua combinação específica de tamanho, cor, simplicidade e fiabilidade atende aos requisitos de design.