Ficha Técnica do Display LED LTD-5721AKF - Dígito de 0,56 Polegadas - AlInGaP Laranja Amarelado - Tensão Direta de 2,6V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTD-5721AKF é um módulo de display LED numérico de dois dígitos de alto desempenho, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas claras, brilhantes e confiáveis. A sua função principal é fornecer dados numéricos visuais num pacote compacto e eficiente. A vantagem central deste dispositivo reside na utilização da avançada tecnologia de semicondutor AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) para os chips LED, conhecida por produzir emissão de luz de alta eficiência no espectro laranja-amarelado. Esta tecnologia, combinada com uma construção específica do chip num substrato de GaAs não transparente, contribui para as principais características de desempenho do display.

O dispositivo é categorizado como tipo de ânodo comum, uma configuração padrão para simplificar o circuito de acionamento em displays multi-segmento. Apresenta um ponto decimal à direita para cada dígito, proporcionando flexibilidade para exibir números fracionários. O design físico incorpora uma face cinza com cor de segmento branca, uma combinação projetada para maximizar o contraste e melhorar a legibilidade dos caracteres sob várias condições de iluminação. A altura do dígito de 0,56 polegadas (14,22 mm) torna-o adequado para aplicações onde a informação precisa ser legível a uma distância moderada sem exigir componentes excessivamente grandes.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

As especificações máximas absolutas definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Não é recomendado operar o display continuamente nestes limites ou próximo deles, pois isso provavelmente reduzirá a sua vida útil operacional.

• Dissipação de Potência por Segmento:70 mW. Esta é a potência máxima que pode ser dissipada com segurança na forma de calor por um segmento LED individual sem causar danos.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:60 mA. Esta classificação de corrente aplica-se em condições pulsadas (frequência de 1 kHz, ciclo de trabalho de 10%), permitindo um brilho instantâneo mais elevado em esquemas de acionamento multiplexados.
• Corrente Direta Contínua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta é a corrente DC máxima recomendada para operação contínua de um único segmento. É especificado um fator de derating de 0,28 mA/°C, o que significa que a corrente contínua máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente (Ta) sobe acima de 25°C para evitar sobreaquecimento.
• Tensão Reversa por Segmento:5 V. Aplicar uma tensão reversa superior a este valor pode romper a junção PN do LED.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +105°C. O dispositivo é classificado para resiliência de temperatura de grau industrial.
• Condições de Soldagem:Soldagem por onda a 260°C por no máximo 3 segundos, com a condição de que a temperatura do corpo da unidade não exceda a classificação de temperatura máxima. Isto é crítico para a montagem, a fim de prevenir danos térmicos à embalagem plástica e às ligações internas.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros são medidos em condições de teste padrão (Ta = 25°C) e definem o desempenho típico do dispositivo.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):43,75 mcd (Mín), 70 mcd (Típ) a I_F= 20 mA. Esta é uma medida da potência de saída de luz tal como percebida pelo olho humano. A condição de teste foi revista de 1 mA para 20 mA, indicando a corrente operacional padrão para a especificação de brilho.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):611 nm (Típ). Este é o comprimento de onda no qual a distribuição espectral de potência da luz emitida está no seu máximo.
• Meia-Largura Espectral (Δλ):17 nm (Típ). Este parâmetro indica a pureza espectral ou largura de banda da luz emitida, medida como a largura total à meia altura (FWHM) do pico de emissão.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):605 nm (Típ). Este é o comprimento de onda único que melhor representa a cor percebida da luz, calculado a partir do espectro de emissão e das funções de correspondência de cores CIE.
• Tensão Direta por Segmento (V_F):2,05 V (Mín), 2,6 V (Típ) a I_F= 20 mA. Esta é a queda de tensão através de um segmento LED durante a operação. Os projetistas devem garantir que o circuito de acionamento possa fornecer esta tensão.
• Corrente Reversa por Segmento (I_R):100 μA (Máx) a V_R= 5 V. Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando a tensão reversa especificada é aplicada.
• Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa:2:1 (Máx) para área de luz similar. Especifica a taxa máxima permitida entre os segmentos mais brilhantes e mais fracos dentro de um dispositivo quando acionados em condições idênticas, garantindo uniformidade visual.

Nota de Medição:Os valores de intensidade luminosa são medidos usando uma combinação de sensor e filtro projetada para aproximar a função de luminosidade fotópica CIE, que modela a sensibilidade espectral do olho humano padrão sob condições normais de iluminação (fotópicas).

3. Explicação do Sistema de Binning

A ficha técnica afirma explicitamente que o dispositivo é "Categorizado por Intensidade Luminosa". Isto indica a presença de um processo de binning ou triagem pós-fabricação. Devido a variações inerentes nos processos de crescimento epitaxial do semicondutor e fabricação do chip, parâmetros do LED como intensidade luminosa e tensão direta podem variar de lote para lote e mesmo dentro de um lote.

O processo de binning envolve testar cada unidade e classificá-las em diferentes grupos (bins) com base em parâmetros medidos específicos. Para o LTD-5721AKF, o principal critério de binning é aIntensidade Luminosa Média. As unidades são agrupadas de acordo com a sua saída de luz medida na corrente de teste padrão (20mA). Isto garante que os clientes recebam displays com níveis de brilho consistentes. Embora não detalhado explicitamente nesta ficha técnica resumida, é comum que tais displays também sejam classificados por tensão direta (V_F) para garantir consistência elétrica, e potencialmente por comprimento de onda dominante (λ_d) para manter a consistência de cor, embora a meia-largura estreita sugira uma boa pureza de cor intrínseca.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia "Curvas Típicas de Características Elétricas/Ópticas" na página 5. Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, podemos inferir o seu conteúdo padrão e significado com base nos parâmetros listados.

Curvas típicas para tal dispositivo incluiriam:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V):Este gráfico mostra a relação não linear entre a corrente que flui através do LED e a tensão através dele. É essencial para projetar o circuito limitador de corrente. A curva mostrará uma tensão de ligação (cerca de 2V) após a qual a corrente aumenta rapidamente com um pequeno aumento na tensão.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (Curva I-L):Este gráfico demonstra como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. Geralmente é linear numa faixa, mas saturará em correntes muito altas devido a efeitos de queda térmica e de eficiência. A curva valida o ponto de teste de 20mA para a especificação de intensidade.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva mostra a redução da saída de luz à medida que a temperatura de junção do LED aumenta. Os LEDs AlInGaP são conhecidos por terem uma eficiência dependente da temperatura, com a saída tipicamente a diminuir à medida que a temperatura sobe. Isto informa o projeto para gestão térmica.
• Distribuição Espectral:Um gráfico de intensidade relativa versus comprimento de onda, mostrando o pico em ~611 nm e a meia-largura de ~17 nm, confirmando a emissão monocromática laranja-amarelada.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões da Embalagem

O dispositivo vem numa embalagem padrão de display LED. O desenho dimensional fornece medidas críticas para o projeto da pegada na PCB (Placa de Circuito Impresso) e integração mecânica. Notas-chave do desenho incluem:

• Todas as dimensões lineares são especificadas em milímetros (mm).
• A tolerância padrão para dimensões é de ±0,25 mm, a menos que uma nota específica indique o contrário.
• É dada uma tolerância específica para o desvio da ponta do pino de ±0,4 mm, o que é importante para garantir que os pinos se alinhem corretamente com os orifícios da PCB durante a inserção automatizada.

5.2 Conexão dos Pinos e Circuito Interno

O dispositivo tem 18 pinos numa configuração de embalagem dual-in-line. O diagrama do circuito interno e a tabela de conexão dos pinos são cruciais para a interface elétrica correta.

• Tipo de Circuito:Ânodo Comum. Isto significa que os terminais de ânodo de todos os segmentos LED para cada dígito estão ligados internamente. Para iluminar um segmento, o seu pino de cátodo correspondente deve ser acionado para nível baixo (ligado ao terra ou a um sumidouro de corrente) enquanto o ânodo comum para esse dígito é acionado para nível alto (ligado à alimentação positiva através de uma resistência limitadora de corrente).
• Pinagem:A tabela detalhada mapeia cada número de pino para a sua função: cátodo para segmentos específicos (A-G, DP) do dígito 1 ou dígito 2, ou o ânodo comum para cada dígito. Por exemplo, o Pino 1 é o cátodo para o segmento 'E' do Dígito 1, e o Pino 14 é o ânodo comum para o Dígito 1. Este mapeamento preciso é essencial para criar a sequência de acionamento correta no software do microcontrolador ou do CI driver.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O manuseamento adequado durante a montagem é crítico para a fiabilidade. A ficha técnica fornece parâmetros de soldagem específicos.

• Soldagem por Onda:A condição recomendada é 260°C por no máximo 3 segundos. A nota "1/16 polegada abaixo do plano de assento" provavelmente refere-se à profundidade a que os pinos devem ser imersos na onda de solda.
• Condição Crítica:A advertência mais importante é que "a temperatura da unidade (durante a montagem) [não deve] exceder a classificação de temperatura máxima." Isto significa que a temperatura do corpo da embalagem do display LED em si nunca deve exceder a temperatura máxima de armazenamento de 105°C durante todo o processo de soldagem, incluindo as fases de pré-aquecimento e pós-aquecimento. A falha em cumprir isto pode causar delaminação interna, fissuração da lente ou degradação dos chips LED.
• Manuseamento Geral:Devem ser observadas as precauções padrão contra ESD (Descarga Eletrostática), uma vez que os chips LED são sensíveis à eletricidade estática.

7. Recomendações de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

O LTD-5721AKF é adequado para uma ampla gama de aplicações industriais, comerciais e de instrumentação onde é necessário um display numérico compacto, brilhante e confiável. Exemplos incluem:

• Equipamento de Teste e Medição:Multímetros digitais, contadores de frequência, fontes de alimentação, leituras de sensores.
• Controlos Industriais:Medidores de painel para temperatura, pressão, velocidade ou contagens em máquinas.
• Eletrodomésticos:Eletrodomésticos de cozinha avançados, sintonizadores de equipamento de áudio, relógios ou temporizadores digitais de modelos antigos.
• Automóvel (Pós-venda):Medidores e módulos de display (embora as especificações ambientais devam ser verificadas para requisitos automotivos específicos).

7.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Os LEDs são dispositivos acionados por corrente. Uma resistência limitadora de corrente em série deve ser usada para cada ligação de ânodo comum (ou por segmento em projetos de driver de corrente constante mais avançados) para definir a corrente operacional para 20 mA ou menos, de acordo com as diretrizes de derating. O valor da resistência é calculado usando R = (V_{alimentação}- V_F- V_{sat_driver}) / I_F.
• Multiplexagem:Para um display de dois dígitos, a multiplexagem é a técnica de acionamento padrão. Os dígitos são iluminados um de cada vez em rápida sucessão (por exemplo, a uma frequência >100 Hz). Isto requer controlar sequencialmente os pinos de ânodo comum (dígitos) e os pinos de cátodo (segmentos). Este método reduz o número de pinos de driver necessários e o consumo total de energia.
• Ângulo de Visão:A ficha técnica afirma um "ângulo de visão amplo", o que é típico para displays LED com uma lente ou face difusora. Isto deve ser considerado para o posicionamento mecânico do display no produto final.
• Gestão Térmica:Embora o dispositivo possa operar até 105°C, a eficiência luminosa diminui com a temperatura. Para um brilho e longevidade ideais, é aconselhável fornecer ventilação adequada ou dissipação de calor no projeto, especialmente se operar próximo da corrente máxima ou em temperaturas ambientes elevadas.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Os principais fatores diferenciadores do LTD-5721AKF em comparação com outros displays LED numéricos, particularmente tecnologias mais antigas, incluem:

• Tecnologia AlInGaP vs. GaAsP ou GaP Tradicional:Os LEDs AlInGaP oferecem uma eficiência luminosa e brilho significativamente mais elevados para cores vermelhas, laranja e amarelas em comparação com materiais semicondutores mais antigos. Isto resulta numa melhor visibilidade e/ou menor consumo de energia para o mesmo brilho percebido.
• Face Cinza/Segmentos Brancos:A combinação de cores específica da face e dos segmentos é projetada para alto contraste. Uma face cinza absorve mais luz ambiente do que uma face preta, reduzindo reflexos, enquanto as áreas de segmento brancas ajudam a difundir uniformemente a luz laranja-amarelada emitida, melhorando a aparência dos caracteres.
• Embalagem sem Chumbo (Conformidade RoHS):O dispositivo é construído para cumprir a diretiva de Restrição de Substâncias Perigosas (RoHS), tornando-o adequado para produtos vendidos em mercados com regulamentações ambientais rigorosas. Este é um diferenciador crítico de conformidade.
• Fiabilidade de Estado Sólido:Como todos os LEDs, oferece vantagens sobre displays mecânicos (como discos flip) ou displays fluorescentes a vácuo (VFDs) em termos de resistência a choques/vibrações, capacidade de ligação instantânea e longa vida operacional.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

P1: Qual é o propósito da "Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa" de 2:1?

R1: Esta taxa garante consistência visual. Garante que, dentro de uma única unidade de display, nenhum segmento será mais do que duas vezes mais brilhante do que qualquer outro segmento quando acionado em condições elétricas idênticas. Isto evita números com aparência irregular ou "manchada".

P2: Posso acionar este display com uma alimentação de 5V?

R2: Sim, uma alimentação de 5V é muito comum. No entanto, deve usar uma resistência limitadora de corrente em série com cada ânodo comum. Usando a V_Ftípica de 2,6V e uma I_Falvo de 20 mA, o valor da resistência seria aproximadamente (5V - 2,6V) / 0,02A = 120 Ohms. Uma resistência padrão de 120Ω ou 150Ω seria adequada, ajustando para a V_Freal e o brilho desejado.

P3: O que significa "Ânodo Comum" para o meu projeto de circuito?

R3: Numa configuração de ânodo comum, fornece tensão positiva ao pino comum do dígito que deseja ativar. Em seguida, drena corrente para o terra através dos pinos de cátodo dos segmentos que deseja acender nesse dígito. O seu circuito de acionamento (microcontrolador ou CI driver) deve ser configurado para fornecer corrente para os ânodos e drenar corrente para os cátodos.

P4: Por que o Comprimento de Onda de Pico (611nm) é diferente do Comprimento de Onda Dominante (605nm)?

R4: Isto é normal para LEDs. O comprimento de onda de pico é o ponto literalmente mais alto na curva do espectro de emissão. O comprimento de onda dominante é calculado a partir de todo o espectro e da resposta de cor do olho humano; é o comprimento de onda único da luz pura que pareceria ter a mesma cor. A diferença explica a forma e a assimetria do espectro de emissão real do LED.

10. Estudo de Caso de Projeto e Utilização

Cenário: Projetando uma Leitura Simples de Voltímetro Digital.

Um projetista está a criar um voltímetro DC de 0-20V. O conversor analógico-digital (ADC) produz um valor em decimal codificado em binário (BCD). Estes dados BCD precisam de ser convertidos para o formato de 7 segmentos e exibidos em dois dígitos (por exemplo, 19,99V).

Implementação:

1. É utilizado um microcontrolador com pinos de I/O suficientes (ou um CI decodificador/driver dedicado de BCD para 7 segmentos).

2. Os pinos de I/O do microcontrolador são ligados aos cátodos dos segmentos (A-G, DP) do LTD-5721AKF.

3. Dois pinos adicionais do microcontrolador são ligados aos dois ânodos comuns (Dígito 1 e Dígito 2).

4. No software, é escrita uma rotina de multiplexagem. Primeiro calcula quais segmentos acender para o Dígito 1 (casa das dezenas), ativa (coloca em nível alto) o pino de ânodo do Dígito 1 e coloca os pinos de cátodo dos segmentos correspondentes em nível baixo. Após um curto atraso (por exemplo, 5ms), desativa o Dígito 1, calcula os segmentos para o Dígito 2 (casa das unidades), ativa o ânodo do Dígito 2 e coloca os seus pinos de segmento em nível baixo. Este ciclo repete-se rapidamente.

5. Resistências limitadoras de corrente (por exemplo, 150Ω) são colocadas nas linhas de ânodo comum entre os pinos do microcontrolador e o display. O valor é escolhido com base na tensão de alimentação (por exemplo, 5V) e na corrente de segmento desejada (~20mA).

6. O design de face cinza/segmentos brancos garante que a tensão exibida seja facilmente legível sob as condições de iluminação brilhante de uma bancada de oficina.

11. Introdução ao Princípio Tecnológico

O componente emissor de luz central é um chip LED AlInGaP. AlInGaP é um semicondutor composto III-V. Ao controlar precisamente as proporções de Alumínio (Al), Índio (In), Gálio (Ga) e Fósforo (P) durante o processo de crescimento do cristal (tipicamente via Deposição Química de Vapor Metal-Orgânico - MOCVD), os engenheiros podem ajustar a banda proibida do material. A energia da banda proibida determina diretamente o comprimento de onda (cor) dos fotões emitidos quando os eletrões se recombinam com as lacunas através da junção.

No LTD-5721AKF, a composição é ajustada para emissão na região laranja-amarelada (~605-611 nm). Os chips são fabricados num substrato não transparente de Arsenieto de Gálio (GaAs). A "face cinza" do display faz parte da moldagem da embalagem plástica, que inclui um difusor para espalhar uniformemente a luz do pequeno chip pela área maior do segmento. O circuito interno utiliza ligação por fios para conectar os ânodos e cátodos dos múltiplos chips LED (um por segmento por dígito) aos pinos apropriados da embalagem, formando a matriz de ânodo comum descrita na pinagem.

12. Tendências Tecnológicas

Embora displays LED numéricos discretos como o LTD-5721AKF permaneçam relevantes para aplicações específicas, as tendências mais amplas na tecnologia de display mudaram. Para novos projetos, os projetistas frequentemente consideram:

• Displays LED de Matriz de Pontos Integrados:Oferecem capacidade alfanumérica e simbólica além de apenas números, proporcionando maior flexibilidade numa pegada similar.
• Displays OLED (LED Orgânico):Oferecem contraste superior, ângulos de visão mais amplos e fatores de forma mais finos, embora historicamente com perfis de vida útil e custo diferentes para uso industrial.
• Módulos TFT-LCD:Fornecem capacidade gráfica completa, cor e a capacidade de exibir informações complexas, embora exijam eletrónica de acionamento mais complexa e uma luz de fundo.
• Tendências dentro dos Displays LED:Melhoria contínua na eficiência (lúmens por watt) para todas as cores de LED, o desenvolvimento de embalagens ainda mais robustas e resistentes à temperatura, e a integração da eletrónica de acionamento diretamente no módulo de display para simplificar o projeto do sistema.

O valor duradouro de dispositivos como o LTD-5721AKF reside na sua simplicidade, robustez, alto brilho, baixo custo para aplicações apenas numéricas e facilidade de interface com microcontroladores, garantindo o seu lugar no ecossistema eletrónico para funções de leitura dedicadas.