Folha de Dados do Display LED LTD-322JR - Dígito de 0,3 Polegadas - Tensão Direta de 2,6V - Cor Vermelho Super - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTD-322JR é um módulo de display LED de sete segmentos e dígito único, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas claras e brilhantes. A sua função principal é representar visualmente caracteres numéricos (0-9) e alguns símbolos alfanuméricos limitados através da iluminação seletiva dos seus segmentos individuais de LED. O dispositivo é construído utilizando material semicondutor AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio), que é cultivado sobre um substrato não transparente de GaAs (Arsenieto de Gálio). Esta tecnologia de material é escolhida especificamente pela sua eficiência na produção de luz vermelha de alto brilho. O display apresenta uma face preta, que melhora significativamente o contraste ao absorver a luz ambiente, e segmentos brancos que se iluminam numa vibrante cor vermelho super quando energizados. A altura física do dígito é de 0,3 polegadas (7,62 mm), tornando-o adequado para painéis de tamanho médio onde a legibilidade a uma distância moderada é importante.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens deste display derivam da sua tecnologia e design de LED AlInGaP. Oferece alta intensidade luminosa, excelente aparência dos caracteres com segmentos uniformes e contínuos, e um amplo ângulo de visão, garantindo legibilidade a partir de várias posições. Opera com baixos requisitos de potência, contribuindo para a eficiência energética na aplicação final. A construção de estado sólido proporciona fiabilidade inerente e longa vida operacional sem partes móveis. Esta combinação de características torna o LTD-322JR ideal para mercados-alvo que incluem instrumentação industrial (ex.: medidores de painel, controladores de processo), eletrodomésticos (ex.: fornos micro-ondas, temporizadores de máquinas de lavar), equipamentos de teste e medição, e qualquer sistema embarcado que necessite de uma interface de display numérico durável, brilhante e clara.

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma análise objetiva e detalhada das especificações do dispositivo conforme definido na folha de dados.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob ou nestes limites não é garantida.

• Dissipação de Potência por Segmento:70 mW. Esta é a potência máxima que pode ser dissipada com segurança na forma de calor por um único segmento iluminado sob operação DC contínua.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:90 mA. Esta corrente é permitida apenas sob condições pulsadas com um ciclo de trabalho de 1/10 e uma largura de pulso de 0,1 ms. Permite breves períodos de sobrecarga para alcançar brilho instantâneo mais elevado, como em displays multiplexados.
• Corrente Direta Contínua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta é a corrente máxima recomendada para operação em estado estacionário (DC) de um único segmento à temperatura ambiente. A especificação reduz linearmente em 0,33 mA/°C à medida que a temperatura ambiente (Ta) aumenta acima de 25°C, significando que a corrente contínua permitida diminui para evitar sobreaquecimento.
• Tensão Reversa por Segmento:5 V. A aplicação de uma tensão de polarização reversa superior a esta pode romper a junção PN do LED.
• Gama de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C. O dispositivo está classificado para funcionar e ser armazenado dentro desta gama de temperatura ambiente.
• Temperatura de Soldadura:Máximo de 260°C por um máximo de 3 segundos, medido 1,6mm abaixo do plano de assento. Este é um parâmetro crítico para processos de soldadura por onda ou reflow para evitar danos térmicos aos chips de LED ou à embalagem.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):200 μcd (mín), 600 μcd (típ) a uma corrente direta (I_F) de 1 mA. Isto quantifica o brilho percebido da luz emitida. A ampla gama indica um sistema de binning para intensidade.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):639 nm (típ) a I_F=20mA. Este é o comprimento de onda no qual a potência espectral de saída é máxima, colocando-o na região do "vermelho super" ou "vermelho-alaranjado" do espectro visível.
• Largura a Meia Altura da Linha Espectral (Δλ):20 nm (típ). Isto mede a largura de banda da luz emitida, indicando uma cor vermelha relativamente pura e monocromática.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):631 nm (típ). Este é o comprimento de onda percebido pelo olho humano, intimamente relacionado com o ponto de cor.
• Tensão Direta por Segmento (V_F):2,0 V (mín), 2,6 V (típ) a I_F=20mA. Esta é a queda de tensão através de um segmento de LED quando conduz a corrente especificada. É crucial para projetar o circuito limitador de corrente.
• Corrente Reversa por Segmento (I_R):100 μA (máx) a uma tensão reversa (V_R) de 5V. Esta é a pequena corrente de fuga quando o LED está polarizado inversamente.
• Relação de Correspondência de Intensidade Luminosa (I_V-m):2:1 (máx). Isto especifica a relação máxima permitida entre o segmento mais brilhante e o mais fraco dentro de um único dígito, garantindo aparência uniforme.

3. Explicação do Sistema de Binning

A folha de dados indica que o dispositivo é "categorizado por intensidade luminosa". Isto implica um processo de binning ou classificação pós-fabricação.

3.1 Binning de Intensidade Luminosa

Devido a variações inerentes ao processo de fabricação de semicondutores, os chips de LED individuais apresentam pequenas diferenças na eficiência de emissão de luz. Para garantir consistência para o utilizador final, os LEDs são testados e classificados em diferentes bins de intensidade com base na sua intensidade luminosa medida a uma corrente de teste padrão (ex.: 1mA). A faixa especificada de 200 a 600 μcd sugere a existência de múltiplos bins. Os projetistas podem selecionar bins apropriados para os requisitos de uniformidade de brilho da sua aplicação. A relação de correspondência de intensidade de 2:1 para segmentos dentro de um dispositivo é uma tolerância mais apertada aplicada após o binning.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Embora o excerto da folha de dados fornecido mencione "Curvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas", os gráficos específicos não estão incluídos no texto. Com base no comportamento padrão do LED, estas curvas tipicamente ilustrariam as seguintes relações, que são críticas para o projeto de circuitos:

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

Este gráfico mostra a relação exponencial entre a corrente que flui através de um LED e a tensão nos seus terminais. A tensão de "joelho", em torno dos típicos 2,6V, é onde a corrente começa a aumentar significativamente. Os acionadores devem regular a corrente, não a tensão, para operação estável.

4.2 Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta

Esta curva demonstra como a saída de luz aumenta com a corrente direta. É geralmente linear numa ampla gama, mas saturará a correntes muito elevadas devido a efeitos térmicos e queda de eficiência.

4.3 Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente

A saída de luz do LED diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta curva é essencial para aplicações que operam numa ampla gama de temperaturas para compreender as necessidades de compensação de brilho.

4.4 Distribuição Espectral

Um gráfico de intensidade relativa versus comprimento de onda, mostrando o pico a ~639 nm e a largura espectral de ~20 nm, confirmando a pureza da cor.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões da Embalagem

O dispositivo tem uma embalagem padrão de 10 pinos em linha única (SIL). Todas as dimensões são fornecidas em milímetros com uma tolerância geral de ±0,25 mm, salvo indicação em contrário. Dimensões-chave incluem a altura total, largura, profundidade, tamanho da janela do dígito e o espaçamento entre pinos (pitch), que é crítico para o layout da PCB.

5.2 Ligação dos Pinos e Identificação de Polaridade

O LTD-322JR é um displayduplex de cátodo comum. Isto significa que contém dois dígitos independentes (Dígito 1 e Dígito 2) dentro de uma única embalagem, cada um com o seu próprio pino de cátodo comum. A pinagem é a seguinte:

• Pino 1: Ânodo G (Segmento G)
• Pino 2: Sem Ligação
• Pino 3: Ânodo A (Segmento A)
• Pino 4: Ânodo F (Segmento F)
• Pino 5: Cátodo Comum (Dígito 2)
• Pino 6: Ânodo D (Segmento D)
• Pino 7: Ânodo E (Segmento E)
• Pino 8: Ânodo C (Segmento C)
• Pino 9: Ânodo B (Segmento B)
• Pino 10: Cátodo Comum (Dígito 1)

A configuração de "cátodo comum" significa que todos os cátodos (terminais negativos) dos LEDs para um determinado dígito estão ligados internamente. Para iluminar um segmento, o seu pino de ânodo correspondente deve ser levado a nível alto (ou ligado a uma fonte de corrente através de uma resistência), enquanto o cátodo comum para esse dígito deve ser ligado ao terra (nível baixo). Esta configuração é muito comum e simplifica a multiplexagem.

5.3 Diagrama de Circuito Interno

O diagrama interno representa visualmente as ligações elétricas descritas acima. Mostra dois conjuntos de sete LEDs (segmentos A-G), cada conjunto partilhando uma ligação de cátodo comum para o Dígito 1 e Dígito 2, respetivamente. O ânodo para cada segmento correspondente (ex.: Segmento A do Dígito 1 e Segmento A do Dígito 2) são pinos separados, permitindo controlo independente.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A adesão ao perfil de soldadura especificado é crítica para evitar danos.

6.1 Parâmetros de Soldadura por Reflow

A especificação máxima absoluta indica uma temperatura de pico de 260°C por uma duração máxima de 3 segundos, medida 1,6mm abaixo do plano de assento (tipicamente a superfície da PCB). Isto está alinhado com perfis de reflow padrão sem chumbo (ex.: IPC/JEDEC J-STD-020). As taxas de pré-aquecimento, imersão, reflow e arrefecimento devem ser controladas de acordo com as especificações de montagem da PCB. Deve ser evitado choque térmico.

6.2 Manuseio e Armazenamento

Os dispositivos devem ser armazenados nas suas embalagens originais de barreira à humidade com dessecante num ambiente controlado (dentro da gama de armazenamento de -35°C a +85°C). Devem ser observadas precauções padrão de ESD (Descarga Eletrostática) durante o manuseio para proteger as sensíveis junções do LED.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O método de acionamento mais comum é amultiplexagem. Como o display tem dois dígitos com cátodos comuns separados, um microcontrolador pode alternar rapidamente entre iluminar o Dígito 1 e o Dígito 2. Para cada ciclo de dígito, ele coloca o cátodo comum apropriado em nível baixo e aplica o padrão correto de sinais altos aos pinos de ânodo dos segmentos (através de resistências limitadoras de corrente). A persistência da visão do olho humano funde estes pulsos rápidos num número estável de dois dígitos. Este método reduz drasticamente o número necessário de pinos de I/O do microcontrolador em comparação com o acionamento estático (DC).

7.2 Considerações de Projeto

• Resistências Limitadoras de Corrente:Essenciais para cada linha de ânodo. O valor da resistência (R) é calculado usando a Lei de Ohm: R = (V_fonte- V_F) / I_F. Usando o V_Ftípico de 2,6V a 20mA e uma fonte de 5V, R = (5 - 2,6) / 0,02 = 120 Ω. Um valor ligeiramente superior (ex.: 150 Ω) é frequentemente usado para aumentar a longevidade e contabilizar variações na V_fonte variations.
• Frequência de Multiplexagem:Deve ser suficientemente alta para evitar cintilação visível, tipicamente acima de 60-100 Hz. O ciclo de trabalho para cada dígito numa multiplexagem de 2 dígitos é 1/2, portanto a corrente de pico pode ser superior à especificação DC para manter o brilho médio (conforme permitido pela especificação de pico de 90mA).
• Ângulo de Visão:O amplo ângulo de visão é benéfico, mas considere a direção de visualização principal durante o projeto da carcaça mecânica.
• Melhoria de Contraste:A face preta proporciona contraste inerente. Certifique-se de que a janela do display ou a sobreposição não introduzem reflexos ou brilho que possam reduzir a legibilidade.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com tecnologias de LED mais antigas, como LEDs vermelhos padrão GaAsP (Fosfeto de Arsenieto de Gálio), a tecnologia AlInGaP utilizada no LTD-322JR oferece eficiência luminosa significativamente maior, resultando em maior brilho para a mesma corrente de acionamento. Também proporciona melhor pureza de cor e estabilidade ao longo da temperatura e da vida útil. Comparado com alternativas contemporâneas, os seus principais diferenciadores são a altura específica do dígito de 0,3 polegadas numa configuração duplex de cátodo comum, o ponto de cor vermelho super (~639 nm) e a categorização por intensidade luminosa que ajuda a alcançar displays uniformes ao usar múltiplas unidades.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

9.1 Posso acionar este display com um microcontrolador de 3,3V?

Sim, mas é necessário um cálculo cuidadoso. Com um V_Fde 2,6V, a margem de tensão (3,3V - 2,6V = 0,7V) é baixa. Usando a fórmula R = 0,7V / I_F, para uma corrente de 10mA precisaria de uma resistência de 70 Ω. A 20mA, a resistência necessária de 35 Ω deixa quase nenhuma margem para variações na V_fonteou V_F, potencialmente escurecendo o display. É mais fiável usar uma fonte de 5V para os segmentos de LED, controlada via transístores ou um CI acionador a partir do microcontrolador de 3,3V.

9.2 Qual é a diferença entre comprimento de onda "de pico" e "dominante"?

Comprimento de Onda de Pico (λ_p):O comprimento de onda único onde a potência óptica de saída é fisicamente a mais alta.Comprimento de Onda Dominante (λ_d):O comprimento de onda da luz monocromática que pareceria ter a mesma cor que a saída do LED para um observador humano padrão. É calculado a partir do espectro completo do LED e das funções de correspondência de cores CIE. Para um LED de espectro estreito como este, os valores são frequentemente próximos.

9.3 Como alcançar brilho uniforme ao multiplexar?

Certifique-se de que a rotina de multiplexagem tem tempo de ativação igual para cada dígito. Como o brilho é proporcional à corrente média, pode ajustar a corrente do segmento (via valores de resistência ou configurações do acionador) para compensar o ciclo de trabalho. Para uma multiplexagem de 2 dígitos com ciclo de trabalho de 1/2, pode acionar cada segmento a 40mA de pico (dentro da especificação de 90mA) para alcançar uma média de 20mA, correspondendo à condição de teste DC para brilho.

10. Estudo de Caso de Implementação

Cenário:Projetar uma leitura de temperatura simples de dois dígitos para um controlador de forno industrial. O microcontrolador tem um número limitado de pinos de I/O.
Implementação:O LTD-322JR é ideal. O seu design duplex de cátodo comum requer apenas 8 pinos de I/O para controlar (7 ânodos de segmento + 1 pino para alternar os dois cátodos comuns, usando um transístor se necessário). O alto brilho e amplo ângulo de visão garantem que a temperatura seja legível num chão de fábrica. A tecnologia AlInGaP garante desempenho estável às temperaturas ambientes elevadas perto do forno. O projetista seleciona LEDs do mesmo bin de intensidade luminosa para garantir que ambos os dígitos apareçam igualmente brilhantes. As resistências limitadoras de corrente são calculadas para uma fonte de 5V e uma corrente de pico multiplexada de 30mA por segmento, proporcionando um display brilhante e sem cintilação.

11. Introdução ao Princípio Tecnológico

O AlInGaP é um semicondutor composto III-V. Quando polarizado diretamente, eletrões e lacunas são injetados na região ativa onde se recombinam, libertando energia na forma de fotões (luz). A energia específica da banda proibida da liga de AlInGaP determina o comprimento de onda da luz emitida, que neste caso está na região do vermelho (~639 nm). O uso de um substrato não transparente de GaAs ajuda a conter a luz dentro da estrutura, direcionando mais dela para cima através do topo do chip para maior eficiência de extração em comparação com projetos mais antigos de substrato transparente. A embalagem de epóxi preta absorve a luz dispersa, melhorando o contraste.

12. Tendências Tecnológicas

Embora o AlInGaP permaneça uma tecnologia dominante para LEDs vermelhos, laranja e amarelos de alta eficiência, a investigação em curso foca-se em melhorar a eficiência a correntes de acionamento mais elevadas (reduzindo a "queda de eficiência") e aumentar a fiabilidade. Para displays, a tendência é para densidades de píxeis mais elevadas (dígitos/LEDs discretos mais pequenos) e a integração da eletrónica de acionamento diretamente na embalagem ("displays inteligentes"). No entanto, para displays numéricos segmentados padrão como o LTD-322JR, a tecnologia é madura, com ênfase na redução de custos, binning mais apertado para uniformidade e gestão térmica melhorada para aplicações de alta fiabilidade.