Ficha Técnica do Display LED LTD-5223AJF - Dígito de 0,56 Polegadas - AlInGaP Laranja Amarelado - Tensão Direta de 2,6V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTD-5223AJF é um módulo de display alfanumérico de sete segmentos de alto desempenho, projetado para aplicações que exigem leitura numérica clara, brilhante e com baixo consumo de energia. Sua função principal é fornecer uma saída visual numérica em dispositivos eletrônicos. A tecnologia central utiliza o material semicondutor Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP) para produzir uma emissão de luz laranja-amarelada distinta. Este sistema de material é conhecido por sua alta eficiência e excelente visibilidade. O display apresenta face cinza clara e cor dos segmentos branca, oferecendo alto contraste para legibilidade ideal em várias condições de iluminação.

O dispositivo é categorizado como tipo de cátodo comum com configuração de ponto decimal à direita. É projetado para confiabilidade de estado sólido, garantindo longa vida operacional e desempenho consistente. O mercado-alvo inclui painéis de controle industrial, equipamentos de teste e medição, eletrodomésticos e qualquer sistema embarcado onde seja necessário um display numérico compacto, confiável e energeticamente eficiente.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Características Ópticas

O desempenho óptico é central para a funcionalidade do display. Os principais parâmetros, medidos a uma temperatura ambiente (TA) de 25°C, são os seguintes:

• Intensidade Luminosa Média (I_V):Varia de um mínimo de 320 µcd a um valor típico de 700 µcd quando acionado com uma corrente direta (I_F) de 1mA por segmento. Este alto nível de brilho garante boa visibilidade.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):Tipicamente 611 nanômetros (nm). Isso define o ponto específico de maior potência espectral de saída na região laranja-amarelada do espectro visível.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):Aproximadamente 17 nm. Este parâmetro indica a pureza espectral ou largura de banda da luz emitida; uma largura mais estreita sugere uma cor mais saturada e pura.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):Tipicamente 605 nm. Esta é a percepção de comprimento de onda único da cor pelo olho humano, correspondendo de perto ao matiz laranja-amarelado percebido.
• Taxa de Compatibilidade de Intensidade Luminosa (I_V-m):Máximo de 2:1. Isso especifica a variação permitida no brilho entre diferentes segmentos do mesmo dígito quando acionados sob condições idênticas (I_F=1mA), garantindo aparência uniforme.

Todas as medições de intensidade luminosa são realizadas usando uma combinação de sensor e filtro calibrada para aproximar a curva de resposta fotópica do olho CIE, garantindo a relevância dos dados para a visão humana.

2.2 Características Elétricas

Os parâmetros elétricos definem as condições operacionais e os limites para o dispositivo:

• Tensão Direta por Segmento (V_F):Tipicamente 2,6V, com um máximo de 2,6V em I_F=20mA. Esta é a queda de tensão em um segmento iluminado.
• Corrente Reversa por Segmento (I_R):Máximo de 100 µA quando uma tensão reversa (V_R) de 5V é aplicada. Isso indica o nível de corrente de fuga quando o LED está polarizado reversamente.

2.3 Especificações Máximas Absolutas

Estes são os limites de estresse que não devem ser excedidos em nenhuma circunstância para evitar danos permanentes:

• Dissipação de Potência por Segmento:70 mW.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:90 mA (a 1/10 do ciclo de trabalho, largura de pulso de 0,1ms).
• Corrente Direta Contínua por Segmento:25 mA. Esta especificação derrete linearmente a partir de 25°C a uma taxa de 0,33 mA/°C.
• Tensão Reversa por Segmento:5 V.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldagem:260°C por 3 segundos, medido 1/16 de polegada (aproximadamente 1,6mm) abaixo do plano de assentamento.

3. Explicação do Sistema de Binning

A ficha técnica indica que o dispositivo é "Categorizado por Intensidade Luminosa". Isso implica um processo de binning ou classificação baseado na saída óptica medida. Embora detalhes específicos do código de bin não sejam fornecidos neste trecho, a categorização típica para tais displays envolve agrupar unidades com base em sua intensidade luminosa medida em uma corrente de teste padrão (ex.: 1mA ou 20mA). Isso garante que os projetistas recebam displays com níveis de brilho consistentes para uma aparência uniforme do produto. Os compradores devem consultar as especificações completas de binning do fabricante para definições detalhadas de código relacionadas à intensidade e potencialmente à tensão direta (V_f) para garantir compatibilidade elétrica em seu projeto.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica faz referência a "Curvas Típicas de Características Elétricas/Ópticas". Estas representações gráficas são cruciais para entender o comportamento do dispositivo além das especificações de ponto único. Embora as curvas específicas não sejam exibidas no texto fornecido, elas normalmente incluem:

• Curva I-V (Corrente-Tensão):Mostra a relação entre a corrente direta (I_F) e a tensão direta (V_F). Isso é essencial para projetar o circuito limitador de corrente.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta:Ilustra como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento, ajudando a otimizar o equilíbrio entre brilho e consumo de energia.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Demonstra como o brilho diminui à medida que a temperatura da junção aumenta, o que é crítico para aplicações que operam em ambientes de temperatura elevada.
• Distribuição Espectral:Um gráfico de intensidade relativa versus comprimento de onda, mostrando o pico (λ_p) e a forma do espectro de luz emitido.

Os projetistas devem consultar essas curvas para prever o desempenho em condições não padrão e garantir operação confiável em toda a faixa de temperatura especificada.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões Físicas

O dispositivo tem uma altura de dígito de 0,56 polegadas (14,22 mm). O desenho das dimensões da embalagem (referenciado, mas não mostrado) fornece contornos mecânicos detalhados, incluindo comprimento total, largura, altura, dimensões dos segmentos e espaçamento dos terminais (pinos). Todas as dimensões são especificadas em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,25mm, salvo indicação em contrário. Esta informação é vital para o projeto do footprint da PCB e para garantir o encaixe adequado dentro do invólucro do produto final.

5.2 Conexão dos Terminais e Identificação da Polaridade

O LTD-5223AJF é um display de dois dígitos, cátodo comum, com 18 pinos. A pinagem é a seguinte:

• Cátodo Comum (CC):Os pinos 13 e 14 são os terminais de cátodo comum para o Dígito 2 e o Dígito 1, respectivamente. Em uma configuração de cátodo comum, todos os cátodos dos segmentos de LED de um determinado dígito são conectados internamente a este único pino. Para iluminar um segmento, seu pino de ânodo correspondente deve ser acionado em nível alto (tensão positiva através de um resistor limitador de corrente) enquanto o cátodo comum do seu dígito é levado a nível baixo (terra).
• Ânodos dos Segmentos:Os pinos 1-12 e 15-18 são as conexões de ânodo para os segmentos individuais (A-G e DP) de ambos os dígitos. O mapeamento é claramente definido na tabela de conexão de pinos (ex.: Pino 1: Ânodo E para o Dígito 1).
• Ponto Decimal à Direita:Os ânodos do ponto decimal são especificados para cada dígito (Pinos 4 e 9), confirmando sua posição no lado direito do dígito.

O diagrama de circuito interno (referenciado) confirma visualmente esta arquitetura de cátodo comum e a interconexão dos segmentos dentro de cada dígito.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

As especificações máximas absolutas definem um parâmetro crítico de soldagem: os terminais podem ser submetidos a uma temperatura de 260°C por no máximo 3 segundos, medido em um ponto 1/16 de polegada (1,6mm) abaixo do plano de assentamento (onde o corpo do encapsulamento encontra a PCB). Esta é uma restrição padrão do perfil de soldagem por refluxo. Para garantir confiabilidade:

• Aderir estritamente a este perfil tempo-temperatura durante os processos de soldagem por refluxo.
• Evitar soldar manualmente diretamente no corpo do encapsulamento; aplicar calor apenas nos terminais.
• Permitir que o dispositivo esfrie naturalmente após a soldagem; evitar choque térmico.
• Seguir as precauções padrão de ESD (Descarga Eletrostática) durante o manuseio e montagem.
• Armazenar os dispositivos dentro da faixa de temperatura especificada (-35°C a +85°C) em ambiente seco antes do uso.

7. Recomendações de Aplicação

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

Para displays de cátodo comum como o LTD-5223AJF, dois métodos de acionamento primários são usados:

1. Acionamento Estático:Cada ânodo de segmento tem um resistor limitador de corrente e um pino de acionamento dedicados. Os cátodos comuns são permanentemente conectados ao terra. Este método é simples, mas requer muitos pinos de I/O (7 segmentos + DP por dígito).
2. Acionamento Multiplexado (Dinâmico):Este é o método mais comum para displays com múltiplos dígitos. Todos os ânodos dos segmentos para a mesma posição de segmento entre os dígitos são conectados juntos. O cátodo comum de cada dígito é controlado independentemente por um transistor ou CI driver. O microcontrolador cicla rapidamente, ligando o cátodo de um dígito de cada vez, enquanto apresenta os dados do segmento para aquele dígito nas linhas de ânodo comum. Isso reduz significativamente os pinos de I/O necessários e é altamente eficiente. O alto brilho e o bom tempo de resposta dos LEDs AlInGaP os tornam bem adequados para multiplexação.

7.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Sempre use um resistor em série para cada ânodo de segmento (ou linha de ânodo comum na multiplexação) para limitar a corrente direta a um valor seguro, tipicamente entre 1mA e 20mA, dependendo do brilho desejado e do orçamento de energia. Calcule o valor do resistor usando R = (V_fonte- V_F) / I_F.
• Operação em Baixa Corrente:A ficha técnica destaca o excelente desempenho em correntes tão baixas quanto 1mA por segmento. Esta é uma vantagem chave para aplicações alimentadas por bateria ou sensíveis à energia.
• Ângulo de Visão:O amplo ângulo de visão garante legibilidade de várias posições, o que é importante para equipamentos montados em painel.
• Gerenciamento de Calor:Embora a dissipação de potência seja baixa, garanta que a temperatura ambiente de operação não exceda 85°C. Em espaços fechados ou ambientes de alta temperatura, considere ventilação.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Os principais diferenciadores do LTD-5223AJF são sua tecnologia de material e otimização para baixa corrente:

• AlInGaP vs. Materiais Tradicionais:Comparado com as tecnologias de LED mais antigas GaAsP ou GaP, o AlInGaP oferece eficiência luminosa significativamente maior, resultando em maior brilho para a mesma corrente de acionamento ou brilho equivalente com menor potência. Também fornece saturação de cor superior e estabilidade ao longo da temperatura e da vida útil.
• Projeto para Baixa Corrente:Muitos displays são caracterizados em correntes mais altas (ex.: 20mA). O LTD-5223AJF é explicitamente testado e selecionado por suas excelentes características a 1mA, tornando-o uma escolha destacada para projetos de ultrabaixo consumo onde cada miliampere conta.
• Uniformidade:Recursos como "Segmentos Uniformes Contínuos" e uma taxa de compatibilidade de intensidade luminosa apertada (2:1) garantem uma aparência profissional e consistente em todos os dígitos e segmentos, o que nem sempre é garantido em displays de menor custo.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

P: Qual é a corrente mínima necessária para ver os segmentos iluminarem?

R: Embora o dispositivo seja testado até 1mA, os segmentos podem ser visíveis em correntes ainda mais baixas, embora o brilho seja muito fraco. Para operação confiável, projete para o mínimo especificado de 1mA.

P: Posso acionar este display diretamente com um microcontrolador de 3,3V ou 5V?

R: Sim, mas você deve sempre usar um resistor limitador de corrente. Com uma V_Ftípica de 2,6V, uma fonte de 5V exigiria um valor de resistor de aproximadamente (5V - 2,6V) / 0,020A = 120Ω para acionamento de 20mA. Para lógica de 3,3V, a margem é menor: (3,3V - 2,6V) / 0,020A = 35Ω. Sempre verifique a corrente direta real.

P: O que significa "Cátodo Comum" para o meu projeto de circuito?

R: Significa que você drena corrente para o terra para ligar um dígito. Na prática, você conecta o pino de cátodo comum a um pino de I/O do microcontrolador (configurado como saída em nível baixo) ou ao coletor de um transistor NPN cujo emissor está aterrado. O microcontrolador então liga o transistor para habilitar o dígito.

P: Como alcanço brilho uniforme ao multiplexar?

R: No acionamento multiplexado, a corrente instantânea por segmento é maior do que a corrente média desejada porque cada dígito está ligado apenas por uma fração do tempo (ciclo de trabalho). Por exemplo, para alcançar uma média de 5mA por segmento em uma multiplexação de 2 dígitos com ciclo de trabalho igual, você acionaria cada segmento com aproximadamente 10mA quando seu dígito estiver ativo. A corrente de pico ainda deve permanecer dentro da especificação máxima absoluta de 25mA contínuos/90mA pulsados.

10. Estudo de Caso de Projeto e Uso

Cenário: Projetando o Display de um Multímetro Portátil de Baixo Consumo

Um projetista está criando um multímetro digital portátil que deve operar por longos períodos com uma única bateria de 9V. A legibilidade em várias condições de iluminação é crítica. O LTD-5223AJF é um candidato ideal.

Implementação:O projetista usa um microcontrolador com drivers de segmento/LCD integrados ou um CI driver de multiplexação dedicado. Eles escolhem acionar cada segmento a uma corrente média de 2mA para conservar energia. Para uma multiplexação de 2 dígitos, a corrente de pico durante o intervalo de tempo ativo é definida para 4mA por segmento, bem dentro das capacidades do dispositivo. A alta intensidade luminosa em baixa corrente (320-700 µcd a 1mA) garante que o display permaneça claramente visível. A cor laranja-amarelada AlInGaP é escolhida por seu alto contraste contra a face cinza clara e sua eficácia tanto em luz ambiente fraca quanto forte. O amplo ângulo de visão permite que o usuário leia a medição de diferentes ângulos sem perder clareza. A baixa tensão direta minimiza a perda de potência no circuito de acionamento, estendendo ainda mais a vida útil da bateria.

11. Introdução ao Princípio Técnico

O princípio operacional central é baseado na eletroluminescência em uma junção P-N semicondutora. O LTD-5223AJF usa AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) como material semicondutor ativo. Quando uma tensão direta que excede a energia da banda proibida do material é aplicada através da junção, elétrons da região tipo N se recombinam com lacunas da região tipo P. Este processo de recombinação libera energia na forma de fótons (luz). A composição específica da liga AlInGaP determina a energia da banda proibida, que corresponde diretamente ao comprimento de onda (cor) da luz emitida—neste caso, laranja-amarelado (~605-611 nm). Os chips são montados em um substrato de GaAs não transparente, o que ajuda a direcionar a saída de luz para cima através do segmento, melhorando a eficiência e o contraste. Os sete segmentos individuais (A-G) e o ponto decimal (DP) são formados por chips de LED separados ou regiões de chip, eletricamente isolados, mas fisicamente dispostos para formar um padrão de dígito. A configuração de cátodo comum conecta internamente todos os cátodos dos segmentos dentro de um único dígito, simplificando o circuito de acionamento externo.

12. Tendências e Contexto Tecnológico

Embora os displays LED de sete segmentos permaneçam uma solução robusta e econômica para leituras numéricas, o campo mais amplo da optoeletrônica está evoluindo. O uso do AlInGaP representa um avanço em relação aos materiais semicondutores III-V mais antigos, como o GaAsP, oferecendo maior eficiência e melhor pureza de cor. As tendências atuais na tecnologia de display para informações mais complexas incluem uma mudança para OLEDs ou LCDs de matriz de pontos, que oferecem capacidades alfanuméricas e gráficas completas em embalagens de tamanho similar. No entanto, para aplicações numéricas dedicadas que exigem extrema confiabilidade, operação em ampla faixa de temperatura, alto brilho e simplicidade, os displays LED de sete segmentos como o LTD-5223AJF continuam sendo a escolha preferida. Desenvolvimentos futuros podem se concentrar em materiais de eficiência ainda maior (como InGaN aprimorado para outras cores ou tecnologia micro-LED), reduzindo ainda mais o consumo de energia para aplicações críticas em bateria, e integrando eletrônica de acionamento diretamente no pacote do display para simplificar o projeto do sistema.