LTS-5701AKF LED Display Datasheet - Altura do Dígito de 0,56 Polegadas - Cor Amarelo-Alaranjada - Tensão Direta de 2,6V - Dissipação de Potência de 70mW - Documento Técnico em Inglês

1. Visão Geral do Produto

O LTS-5701AKF é um display alfanumérico de sete segmentos e um dígito, projetado para aplicações que requerem indicação numérica ou alfanumérica limitada, clara e brilhante. Sua função principal é fornecer saída visual iluminando seletivamente seus segmentos (de A a G e um ponto decimal) para formar caracteres. O dispositivo é construído usando a tecnologia de semicondutor de Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP), que é cultivada em um substrato de Arseneto de Gálio (GaAs). Este sistema de material é especificamente escolhido por sua eficiência na produção de luz amarelo-alaranjada de alto brilho. O display apresenta um painel frontal cinza, que melhora o contraste ao reduzir a reflexão da luz ambiente, e contornos de segmentos brancos para definição clara dos caracteres quando não iluminados. É categorizado como um tipo de ânodo comum, o que significa que os ânodos de todos os segmentos LED são conectados internamente, simplificando o fornecimento de corrente em circuitos típicos acionados por microcontrolador.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens deste display decorrem de sua construção e design em AlInGaP. Ele oferece alta intensidade luminosa e excelente contraste, garantindo legibilidade mesmo em ambientes bem iluminados. O amplo ângulo de visão é uma característica crítica para aplicações em que o display pode ser visualizado de várias posições. Sua confiabilidade de estado sólido, sem partes móveis e com uma construção robusta de semicondutor, resulta em uma longa vida útil operacional e resistência a choques e vibrações. A baixa exigência de energia o torna adequado para dispositivos alimentados por bateria ou com consciência energética. Essa combinação de recursos visa mercados que incluem instrumentação industrial (por exemplo, medidores de painel, temporizadores, contadores), eletrodomésticos (por exemplo, fornos de micro-ondas, cafeteiras), painéis automotivos (para displays auxiliares), equipamentos de teste e medição, e qualquer sistema embarcado que requeira uma leitura numérica simples e confiável.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Esta seção fornece uma interpretação detalhada e objetiva dos principais parâmetros elétricos e ópticos especificados na folha de dados, explicando sua importância para os engenheiros de projeto.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Essas classificações definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Elas não são condições para operação normal.

• Dissipação de Potência por Segmento (70 mW): Esta é a quantidade máxima de energia elétrica que pode ser convertida em calor (e luz) por um único segmento sem risco de danos. Exceder esse limite, tipicamente ao aplicar uma corrente ou tensão direta muito alta, pode levar a superaquecimento, envelhecimento acelerado (depreciação de lúmens) ou falha catastrófica.
• Corrente de Pico Direta por Segmento (60 mA com ciclo de trabalho de 1/10, pulso de 0,1ms): Esta especificação permite pulsos breves de corrente superiores à classificação contínua. É útil para esquemas de multiplexação ou para alcançar brilho momentaneamente mais alto. O ciclo de trabalho e a largura de pulso especificados são críticos; operar fora dessas condições de pulso a 60mA não é seguro.
• Corrente Direta Contínua por Segmento (25 mA): A corrente DC máxima que pode ser aplicada a um segmento indefinidamente sob condições especificadas de temperatura ambiente. A folha de dados fornece um fator de derating de 0,33 mA/°C acima de 25°C. Por exemplo, a uma temperatura ambiente (Ta) de 85°C, a corrente contínua máxima permitida seria: 25 mA - [(85°C - 25°C) * 0,33 mA/°C] = 25 mA - 19,8 mA = 5.2 mA. Este derating é essencial para o gerenciamento térmico.
• Reverse Voltage per Segment (5 V): A tensão máxima que pode ser aplicada na direção reversa (cátodo positivo em relação ao ânodo) sem causar ruptura. Exceder este valor pode danificar a junção PN do LED.
• Operating & Storage Temperature Range (-35°C to +85°C): Define os limites ambientais para operação confiável e armazenamento não operacional.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos sob condições de teste específicas (Ta=25°C, salvo indicação em contrário).

• Intensidade Luminosa Média (I_V): Min: 800 µcd, Typ: 1667 µcd em I_F=1mA. Esta é uma medida do brilho percebido do segmento aceso. A ampla faixa indica um sistema de binning (ver Seção 3). Os projetistas devem usar o valor mínimo para cálculos de brilho no pior caso.
• Tensão Direta por Segmento (V_F): Typ: 2.05V, Max: 2.6V em I_F=20mA. Esta é a queda de tensão no LED ao conduzir a corrente especificada. É crucial para calcular o valor do resistor limitador de corrente necessário: R = (V_supply - V_F) / I_FUtilizando a tensão máxima V_F garante uma margem de tensão suficiente.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p): 661 nm. Este é o comprimento de onda no qual a saída espectral do LED está no seu máximo. Para LEDs amarelo-alaranjados de AlInGaP, isso tipicamente se situa na parte âmbar/laranja-avermelhada do espectro.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d): 605 nm. Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano que corresponde à cor da luz do LED. É um parâmetro mais relevante para especificação de cor do que o comprimento de onda de pico.
• Largura a Meia Altura da Linha Espectral (Δλ): 17 nm. Isto indica a pureza espectral ou largura de banda da luz emitida. Um valor menor significa uma saída mais monocromática (cor pura).
• Corrente Reversa por Segmento (I_R): Max: 100 µA em V_R=5V. Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando o LED está polarizado inversamente dentro de sua especificação máxima.
• Razão de Compatibilidade de Intensidade Luminosa: 2:1 (máx.). Isso especifica a razão máxima permitida entre o segmento mais brilhante e o mais fraco dentro de um único dígito ou entre dígitos em um sistema de múltiplos dígitos. Uma razão de 2:1 significa que o segmento mais brilhante não pode ser mais do que duas vezes mais brilhante que o mais fraco, garantindo uma aparência uniforme.

3. Explicação do Sistema de Binning

A folha de dados afirma que o dispositivo é "Categorizado por Intensidade Luminosa". Isto implica um processo de binning ou classificação pós-fabricação. Devido a variações inerentes no crescimento epitaxial do semicondutor e na fabricação do chip, os LEDs apresentam variações em parâmetros-chave. Para garantir consistência ao usuário final, os fabricantes testam e classificam (fazem binning) os LEDs em grupos com características estreitamente correspondentes.

Binning de Intensidade Luminosa: A ampla faixa fornecida para a Intensidade Luminosa Média (800 a 1667 µcd) sugere que os dispositivos são classificados em diferentes lotes de intensidade. Uma ordem de compra para o LTS-5701AKF pode especificar um código de lote de intensidade particular (por exemplo, um nível mínimo de intensidade) para garantir um certo nível de brilho para a aplicação. Os projetistas devem consultar a documentação detalhada de classificação do fabricante para os códigos disponíveis.

Classificação por Comprimento de Onda/Cor: Embora não detalhado explicitamente com faixas mín./típ./máx. para o comprimento de onda dominante além do típico de 605 nm, os dispositivos AlInGaP também são comumente classificados por cor (comprimento de onda dominante ou coordenadas de cromaticidade) para garantir um matiz consistente em todos os segmentos e dígitos de um display. Variações fora de um lote especificado seriam perceptíveis visualmente como diferentes tons de amarelo-alaranjado.

4. Análise da Curva de Desempenho

A folha de dados faz referência a "Curvas Características Elétricas / Ópticas Típicas". Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, podemos inferir seu conteúdo padrão e importância.

Corrente Direta vs. Tensão Direta (I_F-V_F Curve): Esta curva não linear mostra como V_F aumenta com I_F. Ela demonstra a relação exponencial típica de um diodo. A "curva do joelho" desta curva está em torno do V típico_F (2.05V-2.6V). Este gráfico é vital para compreender a resistência dinâmica do LED e para projetar circuitos de acionamento eficientes, especialmente ao usar PWM para dimerização.

Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (I_V-I_F Curve): Esta curva mostra que a saída de luz é aproximadamente proporcional à corrente direta na faixa de operação normal. No entanto, a eficiência (lúmens por watt) geralmente atinge o pico em uma corrente inferior à classificação máxima. Acionar o LED em correntes muito altas leva à saturação térmica e à redução da eficiência.

Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente (I_V-T_a Curve): Para LEDs de AlInGaP, a intensidade luminosa tipicamente diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta curva quantifica essa redução de capacidade, que é crítica para aplicações que operam em altas temperaturas ambientes. Ela está diretamente relacionada ao fator de redução de corrente especificado nas Classificações Absolutas Máximas.

Intensidade Relativa vs. Comprimento de Onda (Curva de Distribuição Espectral): Esta curva em forma de sino mostraria a intensidade da luz emitida ao longo do espectro, centrada no comprimento de onda de pico (661 nm) com uma largura definida pela meia-largura (17 nm). Ela confirma as características de cor do LED.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões da Embalagem e Desenho

O dispositivo utiliza um pacote padrão de LED de sete segmentos, dígito único, com 10 pinos. As principais notas dimensionais da folha de dados incluem: todas as dimensões estão em milímetros, com tolerâncias gerais de ±0,25 mm, salvo indicação em contrário. É fornecida uma tolerância específica para o deslocamento da ponta do pino: +/- 0,4 mm, o que é importante para o design da área de contato na PCB, a fim de garantir o alinhamento correto e a soldabilidade. As dimensões exatas para altura, largura, altura do dígito (14,22 mm), tamanho do segmento e espaçamento dos pinos são definidas no desenho do pacote (referenciado, mas não detalhado no texto). Os engenheiros devem obter o desenho mecânico completo para um layout preciso da PCB.

5.2 Conexão dos Pinos e Identificação da Polaridade

O pinout está claramente definido:

• Pinos 3 e 8: Ânodo Comum (CA). Estes estão internamente conectados e devem ser ligados à tensão positiva da fonte de alimentação.
• Pinos 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10: Cátodos para os segmentos E, D, C, DP (Decimal Point), B, A, F, G, respectivamente. Estes pinos são conectados ao terra (ou a um sumidouro de corrente) através de um resistor limitador de corrente para iluminar o segmento correspondente.

A descrição "Rt. Hand Decimal" no número da peça sugere que o ponto decimal está localizado no lado direito do dígito. A polaridade é claramente indicada pela designação de Ânodo Comum. Aplicar polaridade reversa (conectar o CA ao terra e um cátodo a V+) não iluminará o segmento e, se a tensão reversa exceder 5V, poderá danificar o dispositivo.

5.3 Diagrama do Circuito Interno

The referenced diagram would show the internal electrical connections: eight individual LED chips (seven segments plus decimal point), each with its anode connected to the common anode pins (3 & 8) and its cathode connected to its respective dedicated pin. This confirms the common anode topology.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A folha de dados fornece uma condição de soldagem específica: "1/16 polegada Abaixo do Plano de Assento por 3 Segundos a 260°C". Esta é uma especificação de soldagem por onda. Significa que os terminais podem ser imersos em uma onda de solda a uma profundidade de aproximadamente 1,6 mm (1/16") abaixo do corpo plástico do display por no máximo 3 segundos, com o pote de solda a 260°C. Isso evita que calor excessivo suba pelos terminais e danifique os chips LED internos ou o encapsulamento plástico.

Considerações Importantes:

• Soldadura por Refluxo: Se for utilizada soldadura por refluxo (comum para SMT, mas este é um componente de orifício passante), o perfil deve ser cuidadosamente controlado. A temperatura máxima nominal da unidade durante a montagem não deve ser excedida. A temperatura de pico do corpo deve normalmente ser mantida abaixo da temperatura máxima de armazenamento (85°C) ou conforme um perfil de refluxo mais específico, se fornecido pelo fabricante.
• Limpeza: Após a soldagem, utilize apenas agentes de limpeza compatíveis com o material plástico do display para evitar rachaduras ou embaçamento.
• Manuseio: Evite estresse mecânico nos terminais. Utilize precauções adequadas contra ESD (Descarga Eletrostática) durante o manuseio e montagem.
• Armazenamento: Armazenar na faixa de temperatura especificada (-35°C a +85°C) em um ambiente de baixa umidade e antiestático.

7. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

The most common drive method is multiplexing, especially for multi-digit displays. Since it's a common anode display, the anodes (pins 3 & 8) would be connected to a microcontroller's I/O pins configured as outputs set HIGH (or to a transistor used as a high-side switch). The cathodes for all segments (A-G, DP) would be connected to current sink drivers, which could be discrete transistors, dedicated LED driver ICs (like 74HC595 shift registers with constant current, or MAX7219), or microcontroller pins with sufficient sink capability. A current-limiting resistor is required in series with each cathode path (or a single resistor per common anode if current is regulated per digit). The resistor value is calculated as: R = (V_supply - V_F - V_CE(sat) ou V_queda) / I_F. Use o V máximo_F para um design seguro.

7.2 Considerações de Projeto

• Current Limiting: Utilize sempre um resistor limitador de corrente ou um driver de corrente constante. Nunca conecte um LED diretamente a uma fonte de tensão.
• Frequência de Multiplexação: For multiplexed displays, use a refresh rate high enough to avoid visible flicker (typically >60 Hz per digit). The duty cycle determines the average current. For N digits, the peak current per segment can be up to N times the desired average current, but must not exceed the peak current rating (60mA under specified conditions).
• Ângulo de Visão: Posicione o display considerando seu amplo ângulo de visão para garantir a visibilidade para o usuário final.
• Melhoria de Contraste: A face cinza ajuda, mas para condições de alta luminosidade ambiente, considere adicionar um filtro de contraste ou uma capa.
• Gerenciamento Térmico: Aderir às regras atuais de derating em altas temperaturas ambientes. Garantir ventilação adequada se múltiplos displays forem usados em um espaço confinado.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Em comparação com outras tecnologias de display de sete segmentos:

• vs. LEDs padrão de GaAsP ou GaP (Vermelho, Verde): O AlInGaP oferece eficiência luminosa significativamente maior (mais saída de luz por mA) e melhor estabilidade térmica, resultando em displays mais brilhantes com desempenho mais consistente.
• vs. LCDs: Os LEDs são emissores (produzem sua própria luz), tornando-os claramente visíveis no escuro sem necessidade de retroiluminação, enquanto os LCDs reflexivos requerem luz ambiente. Os LEDs também possuem um tempo de resposta muito mais rápido e uma faixa de temperatura de operação mais ampla. No entanto, os LCDs normalmente consomem muito menos energia para exibições estáticas.
• vs. VFDs (Vacuum Fluorescent Displays): Os VFDs podem oferecer alto brilho e amplos ângulos de visão, mas requerem tensões de acionamento relativamente altas e são mais frágeis. Os LEDs são mais robustos, requerem tensões mais baixas e possuem uma vida útil mais longa.
• Dentro dos Displays AlInGaP: O LTS-5701AKF diferencia-se pela sua altura de dígito específica de 0,56", cor amarelo-alaranjada, configuração de ânodo comum, ponto decimal à direita e sua intensidade luminosa categorizada (binned), garantindo um nível de qualidade e consistência para aplicações profissionais.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

Q1: Posso acionar este display com um microcontrolador de 5V sem um resistor limitador de corrente se eu usar o limite de corrente do pino de I/O?
A: Não. Confiar apenas no limite de corrente interno do pino do microcontrolador não é seguro ou confiável para o LED. O limite do pino é para proteção, não para definir um ponto de operação preciso. A tensão direta do LED é de ~2,1-2,6V. Conectá-lo diretamente a um pino de 5V tentaria forçar uma corrente muito alta, potencialmente danificando tanto o pino do microcontrolador quanto o LED. Um resistor limitador de corrente externo é obrigatório.

Q2: Por que existem dois pinos de ânodo comum (3 e 8)?
A: Esta é uma prática de projeto comum para melhorar a distribuição de corrente e a confiabilidade. A corrente total de todos os segmentos acesos flui para o ânodo comum. Ter dois pinos em paralelo reduz a carga de corrente e o estresse térmico em cada pino individual e nos fios de ligação internos, aumentando a longevidade e permitindo um brilho geral mais alto.

Q3: A intensidade luminosa é fornecida a 1mA, mas a tensão direta é fornecida a 20mA. Qual devo usar para o projeto?
A: Use ambos, mas para cálculos diferentes. Use o V_F @ 20mA (ou sua corrente de operação escolhida) para calcular o valor do resistor em série. Use o I_V vs. I_F relação (a partir da curva característica) para estimar o brilho na corrente de operação escolhida. O ponto de teste de 1mA I_V é um ponto de teste padronizado para comparação e classificação.

Q4: O que significa "Embalagem sem chumbo (conforme RoHS)"?
A: Significa que os materiais utilizados na construção do dispositivo, incluindo o revestimento de solda nos terminais, estão em conformidade com a diretiva Restrição de Substâncias Perigosas (RoHS). Especificamente, indica a ausência de chumbo (Pb), mercúrio, cádmio, cromo hexavalente e certos retardadores de chama (PBB, PBDE) acima dos níveis permitidos. Isto é importante para a conformidade ambiental na maioria dos mercados globais.

10. Exemplos Práticos de Projeto e Uso

Exemplo 1: Display Simples de Voltímetro de 4 Dígitos. Quatro dígitos LTS-5701AKF poderiam ser usados para exibir tensão de 0,000 a 19,99V. Um microcontrolador com um ADC mediria a tensão. O display seria multiplexado: o microcontrolador calcularia quais segmentos acender para cada dígito e alternaria rapidamente entre os quatro ânodos comuns enquanto aciona as linhas de cátodo compartilhadas para os segmentos do dígito ativo. Deve-se tomar cuidado para limitar a corrente de pico por segmento com base no ciclo de trabalho de multiplexação (por exemplo, ciclo de trabalho de 1/4 = a corrente de pico pode ser 4x a corrente média de brilho desejada).

Exemplo 2: Temporizador/Contador Industrial. Em um ambiente fabril, um dispositivo pode contar itens em uma linha de produção. O alto brilho e amplo ângulo de visão do LTS-5701AKF o tornam adequado para que os operadores vejam a contagem à distância. Sua construção robusta de estado sólido resiste a vibrações. O projeto precisaria garantir que a exibição seja legível nas condições de iluminação da fábrica, possivelmente exigindo uma proteção contra a luz solar.

11. Introdução ao Princípio Tecnológico

The LTS-5701AKF is based on Aluminum Indium Gallium Phosphide (Al_xIn_yGa_1-x-yP) tecnologia de semicondutores. Este é um semiccondutor composto III-V onde as proporções relativas de Alumínio (Al), Índio (In) e Gálio (Ga) determinam a energia da banda proibida do material. A energia da banda proibida determina diretamente o comprimento de onda (cor) da luz emitida quando os elétrons se recombinam com as lacunas através da junção. O AlInGaP é particularmente eficiente para produzir luz nas regiões amarela, laranja, âmbar e vermelha do espectro. As camadas epitaxiais são crescidas sobre um substrato de Arsenieto de Gálio (GaAs). Quando uma tensão direta que excede o potencial interno da junção é aplicada, elétrons são injetados na região P e lacunas na região N. Sua recombinação na região ativa libera energia na forma de fótons (luz). A moldura cinza absorve a luz ambiente para melhorar o contraste, enquanto os contornos dos segmentos brancos fornecem uma referência para os segmentos não iluminados.

12. Tendências e Desenvolvimentos Tecnológicos

Embora os tradicionais displays LED de sete segmentos, como o LTS-5701AKF, permaneçam altamente relevantes para aplicações específicas devido à sua simplicidade, confiabilidade e custo-benefício, tendências mais amplas na tecnologia de exibição são evidentes. Há uma mudança geral em direção a uma maior integração e endereçabilidade. Isso inclui a proliferação de displays LED de matriz de pontos e OLEDs que oferecem capacidades alfanuméricas e gráficas completas. Soluções de driver integradas (como chips controladores LED com interface I2C ou SPI) estão se tornando padrão, simplificando a interface com microcontroladores. Em termos de materiais, enquanto o AlInGaP é maduro e eficiente para sua faixa de cores, a pesquisa continua para melhorar a eficiência (lúmens por watt), a reprodução de cores e a estabilidade em relação à temperatura e à vida útil. Para aplicações de nicho que exigem extrema simplicidade, robustez e saída numérica específica, os displays discretos de sete segmentos continuarão sendo uma solução viável e frequentemente ideal. A tendência para tais componentes é em direção a um consumo de energia ainda menor, maior eficiência de brilho e, potencialmente, fatores de forma menores, mantendo a legibilidade.