Ficha Técnica do Display LED LTD-5221AJF - Altura do Dígito 0,56 Polegadas - AlInGaP Laranja Amarelado - Tensão Direta 2,6V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTD-5221AJF é um módulo de display alfanumérico de sete segmentos de alto desempenho, projetado para aplicações que exigem leituras numéricas nítidas, brilhantes e com baixo consumo de energia. A sua função principal é fornecer uma exibição altamente legível para instrumentos digitais, eletrônicos de consumo e painéis de controle industrial.

A vantagem central deste dispositivo reside na utilização do material semicondutor Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP) para os chips LED. Este sistema de material é reconhecido pela sua alta eficiência luminosa e excelente pureza de cor no espectro do vermelho ao laranja-amarelado. O display apresenta uma face cinza-claro e cor dos segmentos branca, o que contribui para um alto contraste, tornando os caracteres facilmente legíveis mesmo sob várias condições de iluminação ambiente.

Este display é categorizado como um dispositivo de baixa corrente, especificamente testado e selecionado para desempenho ideal em correntes de acionamento baixas. Foi projetado para oferecer excelente aparência dos caracteres, alto brilho e um amplo ângulo de visão, garantindo visibilidade a partir de múltiplas perspectivas. A construção de estado sólido oferece confiabilidade inerente e longa vida operacional, tornando-o adequado para aplicações onde a durabilidade é crítica.

1.1 Características Principais e Aplicações-Alvo

As principais características que definem este produto incluem uma altura de dígito de 0,56 polegadas (14,22 mm), que oferece um bom equilíbrio entre tamanho e legibilidade. Os segmentos são contínuos e uniformes, proporcionando uma estética limpa e profissional. O seu baixo requisito de potência é um benefício significativo para dispositivos operados a bateria ou sensíveis ao consumo de energia.

O dispositivo é categorizado por intensidade luminosa, o que significa que as unidades são agrupadas ou classificadas com base na sua saída de luz, permitindo consistência no brilho entre múltiplos displays num único produto. Isto é crucial para aplicações como medidores de painel multi-dígitos ou placares de pontuação.

Os mercados e aplicações típicas incluem equipamentos de teste portáteis, dispositivos médicos, painéis de instrumentos automotivos (para displays auxiliares), controles de eletrodomésticos, terminais de ponto de venda e displays industriais de temporizador/contador. A sua confiabilidade e desempenho tornam-no uma escolha preferida tanto para eletrônicos de consumo quanto de grau profissional.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

As características elétricas e ópticas do LTD-5221AJF são especificadas sob condições de teste padrão a uma temperatura ambiente (TA) de 25°C. Uma compreensão detalhada destes parâmetros é essencial para o correto projeto do circuito e para garantir a confiabilidade a longo prazo.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Não se destinam à operação normal.

• Dissipação de Potência por Segmento:70 mW. Esta é a potência máxima que pode ser dissipada com segurança por um único segmento LED sem causar superaquecimento.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:90 mA. Isto é permitido apenas sob condições pulsadas (largura de pulso de 0,1ms, ciclo de trabalho 1/10), como em esquemas de acionamento multiplexado, para alcançar brilho instantâneo mais alto.
• Corrente Direta Contínua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta corrente é reduzida linearmente a uma taxa de 0,33 mA/°C à medida que a temperatura ambiente sobe acima de 25°C. Esta redução é crucial para o gerenciamento térmico.
• Tensão Reversa por Segmento:5 V. Exceder esta tensão em polarização reversa pode danificar a junção PN do LED.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C. Esta ampla faixa garante funcionalidade em ambientes severos.
• Temperatura de Soldagem:O dispositivo pode suportar uma temperatura de soldagem de 260°C por 3 segundos, medida a 1,6 mm abaixo do plano de assentamento.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros descrevem o desempenho do dispositivo sob condições normais de operação.

• Intensidade Luminosa Média (Iv):Varia de 320 μcd (mín.) a 700 μcd (típ.) a uma corrente direta (IF) de 1 mA. Esta corrente de acionamento excepcionalmente baixa destaca a sua eficiência. A intensidade é medida usando um filtro que imita a resposta fotópica do olho humano (curva CIE).
• Tensão Direta por Segmento (VF):Tipicamente 2,6 V, com um máximo de 2,6 V em IF=20 mA. O mínimo é 2,05 V. Este parâmetro é vital para projetar o circuito limitador de corrente.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λp):611 nm. Este é o comprimento de onda no qual a intensidade da luz emitida é mais alta, definindo a cor laranja-amarelada.
• Comprimento de Onda Dominante (λd):605 nm. Este é o comprimento de onda percebido pelo olho humano, intimamente relacionado ao ponto de cor.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):17 nm. Isto indica a pureza da cor; uma largura mais estreita significa uma cor mais saturada e pura.
• Corrente Reversa por Segmento (IR):Máximo de 100 μA a uma tensão reversa (VR) de 5V.
• Taxa de Compatibilidade de Intensidade Luminosa (Iv-m):2:1 máximo. Isto especifica a taxa máxima permitida entre os segmentos mais brilhantes e mais fracos dentro de um único dígito quando acionados nas mesmas condições (IF=1mA), garantindo uniformidade.

3. Sistema de Categorização e Agrupamento

A ficha técnica afirma explicitamente que o dispositivo é "categorizado por intensidade luminosa." Isto implica um processo de agrupamento.

3.1 Agrupamento por Intensidade Luminosa

Embora códigos de agrupamento específicos não sejam fornecidos neste documento, a prática envolve testar cada display ou lote de LEDs e classificá-los em grupos (agrupamentos) com base na sua saída de luz medida a uma corrente de teste padrão (ex.: 1mA ou 20mA). Isto permite que os fabricantes adquiram displays com um brilho mínimo garantido ou dentro de uma faixa de brilho específica, assegurando consistência visual em todos os dígitos numa aplicação de display multi-dígitos. Os projetistas devem consultar a documentação específica de agrupamento do fabricante para códigos e especificações disponíveis quando a consistência for um requisito crítico de projeto.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica faz referência a "curvas típicas de características elétricas/ópticas", que são ferramentas essenciais para entender o comportamento do dispositivo além dos dados pontuais nas tabelas.

4.1 Interpretação das Curvas Típicas

Embora os gráficos específicos não sejam renderizados no texto fornecido, as curvas padrão para tais dispositivos normalmente incluiriam:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V):Esta curva não linear mostra a relação entre a tensão no LED e a corrente que flui através dele. É crucial para selecionar o resistor limitador de corrente apropriado ou projetar drivers de corrente constante. O "joelho" desta curva está em torno do valor típico de VF.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (Curva I-L):Este gráfico mostra como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. Geralmente é linear numa faixa, mas pode saturar em correntes muito altas. A curva confirma a alta eficiência em baixas correntes (como evidenciado pelo ponto de teste de 1mA para Iv).
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva demonstra a redução térmica da saída de luz. À medida que a temperatura aumenta, a eficiência do LED diminui, levando a uma menor intensidade luminosa para a mesma corrente de acionamento. Isto reforça a importância da redução de corrente especificada nas especificações máximas absolutas.
• Curva de Distribuição Espectral:Este gráfico mostraria a intensidade relativa da luz emitida em diferentes comprimentos de onda, centrada no pico de 611 nm, com a largura definida pelo parâmetro de meia largura de 17 nm.

Os projetistas devem usar estas curvas para prever o desempenho em condições não padrão, como diferentes correntes de acionamento ou temperaturas de operação.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões e Tolerâncias da Embalagem

O contorno físico e as dimensões críticas do dispositivo são fornecidos num desenho (referenciado mas não mostrado). Todas as dimensões estão em milímetros, com uma tolerância padrão de ±0,25 mm (0,01 polegada), a menos que uma nota de característica específica indique o contrário. Esta informação é crítica para o layout da PCB, garantindo que a área de montagem e os cortes sejam projetados corretamente, e para a integração mecânica no invólucro do produto final.

5.2 Conexão dos Pinos e Circuito Interno

O LTD-5221AJF é um display de dois dígitos, com ânodo comum. O diagrama do circuito interno e a tabela de conexão dos pinos são essenciais para a fiação correta.

• Configuração:Ânodo Comum. Isto significa que os ânodos de todos os LEDs para cada dígito estão conectados internamente. Para iluminar um segmento, o seu pino de cátodo correspondente deve ser acionado em nível baixo (conectado ao terra ou a um sumidouro de corrente) enquanto o ânodo comum para aquele dígito é acionado em nível alto (conectado ao VCC através de um resistor limitador de corrente).
• Pinagem:O dispositivo de 18 pinos tem uma atribuição específica para os cátodos dos segmentos A-G e do ponto decimal (D.P.) para ambos os Dígito 1 e Dígito 2, juntamente com os dois pinos de ânodo comum (um por dígito). O Pino 1 está marcado como "Sem Conexão" (N.C.).
• Ponto Decimal:A ficha técnica especifica "Ponto Decimal à Direita", indicando a posição do ponto decimal em relação aos dígitos.

Esta configuração de ânodo comum é frequentemente preferida em sistemas baseados em microcontroladores onde os pinos de I/O são melhores em afundar corrente (acionar em nível baixo) do que em fornecer corrente (acionar em nível alto).

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

As especificações máximas absolutas fornecem o parâmetro de soldagem chave: o dispositivo pode suportar uma temperatura de pico de 260°C por 3 segundos, medida a 1,6 mm abaixo do plano de assentamento. Isto está alinhado com os perfis típicos de soldagem por refluxo sem chumbo.

6.1 Práticas Recomendadas

• Soldagem por Refluxo:Use um perfil de refluxo sem chumbo padrão com uma temperatura de pico não excedendo 260°C. O tempo acima do líquido (ex.: 217°C) deve ser controlado para minimizar o estresse térmico na embalagem plástica e nas ligações internas.
• Soldagem Manual:Se a soldagem manual for necessária, use um ferro com controle de temperatura. Aplique calor na trilha da PCB, não diretamente no pino do display, e limite o tempo de contato para evitar superaquecimento.
• Limpeza:Use solventes de limpeza compatíveis com o material plástico do display para evitar descoloração ou degradação.
• Armazenamento:Armazene num ambiente seco e antiestático dentro da faixa de temperatura especificada (-35°C a +85°C) para prevenir absorção de umidade (que pode causar "estouro" durante o refluxo) e danos por descarga eletrostática.

7. Considerações de Projeto de Aplicação

7.1 Projeto do Circuito de Acionamento

Projetar o circuito de acionamento corretamente é fundamental para o desempenho e longevidade.

• Limitação de Corrente:SEMPRE use um resistor limitador de corrente em série com cada ânodo comum (para acionamento estático) ou use um driver de corrente constante. O valor do resistor pode ser calculado usando a Lei de Ohm: R = (Vcc - VF) / IF. Por exemplo, com um Vcc de 5V, um VF de 2,6V e um IF desejado de 10 mA: R = (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ω.
• Operação em Baixa Corrente:O dispositivo é caracterizado até 1mA por segmento. Para aplicações de ultra baixo consumo, acionar a 1-2 mA pode fornecer visibilidade suficiente enquanto minimiza o consumo de energia.
• Multiplexação:Para displays multi-dígitos, a multiplexação é padrão. Isto envolve habilitar sequencialmente o ânodo comum de um dígito de cada vez enquanto apresenta os dados dos segmentos para aquele dígito. A especificação de corrente de pico (90 mA a 1/10 de ciclo de trabalho) permite correntes pulsadas mais altas para compensar o ciclo de trabalho reduzido, mantendo o brilho percebido. A corrente média por segmento ainda deve respeitar a especificação de corrente contínua.
• Interface com Microcontrolador:Para displays de ânodo comum, os pinos do microcontrolador conectados aos cátodos dos segmentos devem ser configurados como saídas. Para ligar um segmento, defina o pino correspondente para BAIXO. Para desligá-lo, defina-o para ALTO (ou alta impedância, se possível). Os pinos de ânodo comum são tipicamente acionados por transistores externos (ex.: BJTs PNP ou MOSFETs de canal P) capazes de fornecer a corrente total do dígito.

7.2 Gerenciamento Térmico

Embora os LEDs sejam eficientes, eles ainda geram calor. O fator de redução de 0,33 mA/°C para corrente contínua deve ser considerado no projeto. Se o display for operar num ambiente de alta temperatura ambiente (ex.: dentro de um invólucro selado ou perto de outras fontes de calor), a corrente contínua máxima permitida deve ser reduzida de acordo. Garanta ventilação adequada ou dissipação de calor se estiver acionando na ou perto da corrente máxima especificada.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

A principal diferenciação do LTD-5221AJF reside na sua tecnologia de material e otimização para baixa corrente.

• vs. LEDs Tradicionais de GaAsP ou GaP:A tecnologia AlInGaP oferece eficiência luminosa significativamente maior e melhor estabilidade térmica, resultando em displays mais brilhantes com cor mais consistente ao longo da temperatura e da vida útil.
• vs. LEDs de Brilho Padrão:Este dispositivo é especificamente "testado e selecionado" para desempenho em baixa corrente. Muitos displays de sete segmentos padrão são caracterizados a 20mA; este garante desempenho a 1mA, tornando-o superior para aplicações críticas em bateria.
• vs. Displays LED Azul/Verde/Branco:A cor laranja-amarelada (605-611 nm) oferece excelente visibilidade e é frequentemente considerada menos cansativa para os olhos em condições de pouca luz em comparação com cores de comprimento de onda mais curto. Também tipicamente tem uma eficácia luminosa maior do que os primeiros LEDs azuis ou brancos.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este display diretamente a partir de um pino de microcontrolador de 3,3V sem um resistor limitador de corrente?

R: Não. Você deve sempre usar um mecanismo de limitação de corrente (resistor ou driver de corrente constante). Mesmo que o Vcc (3,3V) esteja próximo do VF (2,05-2,6V), a falta de um resistor permitiria que uma corrente excessiva fluísse, potencialmente danificando tanto o LED quanto o pino do microcontrolador.

P: Qual é a diferença entre "Comprimento de Onda de Emissão de Pico" e "Comprimento de Onda Dominante"?

R: O comprimento de onda de pico (λp=611nm) é o pico físico do espectro de luz emitida. O comprimento de onda dominante (λd=605nm) é o comprimento de onda de uma luz monocromática pura que pareceria ter a mesma cor do LED para um observador humano. Eles são frequentemente próximos, mas não idênticos.

P: A taxa de compatibilidade é 2:1. Isto significa que um segmento pode ser duas vezes mais brilhante que outro?

R: Sim, a especificação permite esta variação máxima sob condições de teste idênticas. Para a maioria das aplicações, esta variação não é perceptivelmente problemática. Se for necessária uniformidade extrema, consulte o fabricante para opções de agrupamento mais restritas ou considere usar displays do mesmo lote de produção.

P: Posso usar este display numa aplicação externa?

R: A faixa de temperatura de operação (-35°C a +85°C) suporta muitos ambientes externos. No entanto, a exposição direta à luz solar e às intempéries requer um revestimento conformal na PCB e uma janela protetora sobre o display para prevenir degradação UV do plástico e entrada de umidade. O alto contraste da face cinza-claro/branca ajuda na legibilidade sob luz solar.

10. Exemplos Práticos de Projeto e Uso

10.1 Estudo de Caso: Display de Multímetro Portátil

Num multímetro digital portátil, a eficiência energética é crítica. O LTD-5221AJF pode ser acionado a 1-2 mA por segmento numa configuração multiplexada. Um microcontrolador com segmentos de driver LED integrados pode controlar 2-4 dígitos de forma eficiente. O amplo ângulo de visão permite que o usuário leia as medições de vários ângulos, e o alto contraste garante legibilidade tanto em ambientes de laboratório escuros quanto em mais iluminados. A baixa tensão direta também ajuda a maximizar a vida útil da bateria ao usar uma fonte de 3V ou 4,5V.

10.2 Estudo de Caso: Temporizador/Contador Industrial

Para um temporizador industrial montado em painel, confiabilidade e visibilidade são fundamentais. A confiabilidade de estado sólido do display LED supera tecnologias mais antigas, como displays fluorescentes a vácuo (VFDs), em termos de resistência a choques/vibrações e vida útil. A estabilidade do material AlInGaP garante que a cor e o brilho do display não mudem significativamente ao longo de anos de operação contínua. A configuração de ânodo comum simplifica a interface com módulos de saída digital de CLPs industriais que frequentemente possuem esquemas de aterramento comum.

11. Introdução ao Princípio Tecnológico

O LTD-5221AJF é baseado na tecnologia de semicondutor Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP) cultivada num substrato não transparente de Arseneto de Gálio (GaAs). Este sistema de material permite a engenharia precisa da banda proibida do semicondutor ajustando as proporções de Al, In, Ga e P. Uma banda proibida maior corresponde à emissão de luz de comprimento de onda mais curto (maior energia). A composição usada aqui cria uma banda proibida que resulta na emissão de fótons na região laranja-amarelada (cerca de 611 nm) quando os elétrons se recombinam com as lacunas através da junção PN sob polarização direta.

O "substrato GaAs não transparente" é significativo. Os primeiros LEDs vermelhos usavam um substrato GaP transparente, mas as camadas de AlInGaP têm melhor correspondência de rede com o GaAs. O substrato em si absorve parte da luz gerada, mas projetos modernos de chips usam técnicas como refletores de Bragg distribuídos (DBRs) ou ligação de wafer a substratos transparentes (como GaP) em dispositivos de maior gama para melhorar a eficiência de extração de luz. O facto de esta ficha técnica mencionar um substrato não transparente indica um projeto de chip padrão e económico.

12. Tendências e Contexto Tecnológico

Embora esta ficha técnica específica seja de 2000, a tecnologia AlInGaP subjacente permanece altamente relevante para LEDs vermelhos, laranjas e amarelos devido à sua eficiência e estabilidade de cor. No entanto, o panorama mais amplo de displays evoluiu.

• Tendência para Integração:Aplicações modernas frequentemente usam displays OLED ou LCD de matriz de pontos para maior flexibilidade na exibição de texto e gráficos. No entanto, os LEDs de sete segmentos permanecem imbatíveis para leituras numéricas simples, de alto brilho e baixo custo, onde a personalização não é necessária.
• Melhorias de Eficiência:A pesquisa contínua em materiais AlInGaP e projeto de chips (como projetos de flip-chip de filme fino) continua a aumentar a eficácia luminosa (lúmens por watt), permitindo displays ainda mais brilhantes a correntes mais baixas ou com menor geração de calor.
• Mistura de Cores:Para aplicações de cor total, LEDs vermelhos AlInGaP são combinados com LEDs azuis e verdes de Nitreto de Gálio e Índio (InGaN). A variante laranja-amarelada como o LTD-5221AJF encontra o seu nicho em aplicações monocromáticas onde a sua cor específica e alta eficiência são desejadas.
• Integração do Driver:Uma tendência moderna é a integração do display LED com o CI driver num único pacote ou módulo, simplificando o projeto e reduzindo a contagem de componentes, embora potencialmente a um custo unitário mais alto.

Em resumo, o LTD-5221AJF representa uma solução madura e otimizada para uma necessidade de aplicação específica e duradoura: exibição numérica confiável, brilhante e de baixo consumo.