Folha de Dados do Display LED LTD-5721AJF - Altura do Dígito 0,56 Polegadas - AlInGaP Laranja-Amarelo - Tensão Direta 2,6V - Dissipação de Potência 70mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTD-5721AJF é um módulo de display alfanumérico de sete segmentos e dois dígitos, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas claras e brilhantes. Sua função principal é representar visualmente números e alguns caracteres alfanuméricos limitados, utilizando segmentos de LED individualmente endereçáveis. A tecnologia central utiliza material semicondutor de Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP) depositado sobre um substrato opaco de Arsenieto de Gálio (GaAs) para produzir sua emissão de luz característica na cor laranja-amarelo. Este dispositivo apresenta uma moldura frontal cinza com marcações de segmentos brancas, o que aumenta o contraste e a legibilidade quando os segmentos estão iluminados ou apagados. O display é categorizado com base na intensidade luminosa, garantindo consistência nos níveis de brilho para aplicações onde uma aparência uniforme entre múltiplas unidades é crítica.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

O display oferece vários benefícios-chave que o tornam adequado para uma gama de aplicações industriais e de consumo. Seu alto brilho e excelente taxa de contraste garantem legibilidade mesmo em ambientes muito iluminados. O amplo ângulo de visão permite que a informação exibida seja lida de várias posições sem perda significativa de nitidez. Como um dispositivo de estado sólido, oferece alta confiabilidade, longa vida operacional e resistência a choques e vibrações em comparação com tecnologias de display mecânicas ou mais antigas, como displays fluorescentes a vácuo (VFDs). A baixa exigência de potência o torna energeticamente eficiente. Essas características tornam o LTD-5721AJF ideal para mercados-alvo, incluindo equipamentos de teste e medição, painéis de controle industrial, terminais de ponto de venda, instrumentação de painel de automóveis e vários eletrônicos de consumo onde é necessário um display numérico confiável.

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

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

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de estresse além dos quais danos permanentes ao dispositivo podem ocorrer. Eles não se destinam à operação normal.

• Dissipação de Potência por Segmento:70 mW. Esta é a potência máxima permitida que pode ser dissipada como calor por um único segmento de LED sob qualquer condição. Exceder este valor pode levar ao superaquecimento e degradação acelerada do chip de LED.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:60 mA (a 1/10 do ciclo de trabalho, largura de pulso de 0,1 ms). Esta classificação é para operação breve e pulsada, frequentemente usada em esquemas de multiplexação para alcançar maior brilho percebido sem exceder o limite de corrente média.
• Corrente Direta Contínua por Segmento:25 mA (derreada linearmente a partir de 25°C a 0,33 mA/°C). Esta é a corrente DC máxima recomendada para operação contínua a 25°C. O fator de derating indica que a corrente segura de operação deve ser reduzida à medida que a temperatura ambiente (Ta) aumenta para evitar fuga térmica.
• Tensão Reversa por Segmento:5 V. Aplicar uma tensão de polarização reversa superior a esta pode causar ruptura e falha da junção do LED.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C. O dispositivo é classificado para funcionar e ser armazenado dentro desta faixa de temperatura.
• Temperatura de Soldagem:260°C por 3 segundos, medida a 1/16 de polegada abaixo do plano de assentamento. Isso define as condições do perfil de soldagem por refluxo para evitar danos ao encapsulamento ou às ligações internas.

2.2 Características Elétricas e Ópticas (a Ta=25°C)

Estes são os parâmetros de desempenho típicos sob condições de teste especificadas.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):320 - 900 µcd (Típico 900 µcd) a I_F=1mA. Isso mede a potência de saída de luz como percebida pelo olho humano. A faixa indica um processo de binning; os projetistas devem considerar o valor mínimo (320 µcd) para garantir brilho suficiente em sua aplicação.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):611 nm (Típico) a I_F=20mA. Este é o comprimento de onda no qual a distribuição espectral de potência da luz emitida é máxima. Ele define a cor percebida (laranja-amarelo).
• Largura a Meia Altura da Linha Espectral (Δλ):17 nm (Típico) a I_F=20mA. Este parâmetro indica a pureza espectral ou largura de banda da luz emitida. Um valor menor significa uma saída mais monocromática (cor pura).
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):605 nm (Típico) a I_F=20mA. Este é o comprimento de onda único que melhor corresponde à cor percebida do LED pelo olho humano, frequentemente usado para especificação de cor.
• Tensão Direta por Segmento (V_F):2,05 - 2,6 V (Típico 2,6V) a I_F=20mA. Esta é a queda de tensão no LED durante a operação. É crucial para projetar o circuito limitador de corrente. O valor máximo (2,6V) deve ser usado para o projeto do pior caso para garantir tensão de acionamento suficiente.
• Corrente Reversa por Segmento (I_R):100 µA (Máx.) a V_R=5V. Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando o LED está polarizado reversamente dentro de sua classificação máxima.
• Taxa de Compatibilidade de Intensidade Luminosa (I_V-m):2:1 (Máx.). Isso especifica a taxa máxima permitida entre o segmento mais brilhante e o mais fraco dentro de um único dispositivo ou entre dispositivos do mesmo bin. Uma taxa de 2:1 significa que o segmento mais fraco pode ser não menos da metade do brilho do mais brilhante, garantindo uniformidade visual.

3. Explicação do Sistema de Binning

A folha de dados indica que o dispositivo é "categorizado para intensidade luminosa". Isto se refere a um processo de binning ou classificação realizado durante a fabricação.

3.1 Binning de Intensidade Luminosa

Devido a variações inerentes na fabricação de semicondutores, chips de LED do mesmo lote de produção podem ter diferentes saídas de luz. Para garantir consistência aos clientes, os LEDs são testados e classificados em grupos (bins) com base em sua intensidade luminosa medida em uma corrente de teste padrão (ex.: 1mA). A faixa especificada do LTD-5721AJF de 320 a 900 µcd provavelmente representa a dispersão entre múltiplos bins. Um código de pedido específico ou sufixo no número de peça completo normalmente indicaria o bin adquirido, garantindo que a intensidade esteja dentro de uma faixa mais estreita e predefinida (ex.: 700-900 µcd). Os projetistas devem consultar a documentação de binning do fabricante ou especificar o bin necessário ao fazer o pedido para garantir consistência de brilho em seu produto.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Embora o trecho do PDF fornecido mencione "Curvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas", os gráficos específicos não estão incluídos no texto. Com base no comportamento padrão do LED, essas curvas normalmente ilustrariam os seguintes relacionamentos, que são críticos para entender o desempenho do dispositivo em condições não padrão:

• Corrente Direta (I_F) vs. Tensão Direta (V_F):Mostra a característica exponencial I-V do diodo. Importante para determinar a tensão de acionamento necessária para uma corrente desejada.
• Intensidade Luminosa (I_V) vs. Corrente Direta (I_F):Geralmente mostra uma relação quase linear em correntes mais baixas, potencialmente saturando em correntes muito altas devido a efeitos térmicos. Essencial para controle de brilho via modulação de corrente ou PWM.
• Intensidade Luminosa (I_V) vs. Temperatura Ambiente (T_a):Normalmente mostra uma diminuição na saída de luz à medida que a temperatura aumenta. Este derating térmico deve ser considerado para aplicações que operam em ambientes de alta temperatura.
• Distribuição Espectral:Um gráfico que plota intensidade relativa versus comprimento de onda, mostrando o pico em ~611 nm e a forma definida pela largura a meia altura de 17 nm.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

5.1 Dimensões do Encapsulamento

O dispositivo apresenta um encapsulamento padrão de LED de sete segmentos e dois dígitos. O desenho (referenciado, mas não detalhado no texto) mostraria o comprimento, largura e altura total do módulo, a altura do dígito (0,56 polegadas / 14,22 mm), as dimensões dos segmentos e o espaçamento entre os dígitos. Também especificaria a localização e o diâmetro dos furos de montagem, se houver. As tolerâncias são tipicamente ±0,25 mm, salvo indicação em contrário no desenho.

5.2 Conexão dos Pinos e Polaridade

O LTD-5721AJF possui uma configuração de 18 pinos e utiliza uma arquitetura de circuito deÂnodo Comum. Isso significa que os ânodos de todos os LEDs para cada dígito são conectados internamente a um pino comum (Pino 13 para o Dígito 2, Pino 14 para o Dígito 1). Para iluminar um segmento, seu pino de cátodo correspondente deve ser levado a um nível lógico baixo (terra ou um dreno de corrente) enquanto o ânodo comum para aquele dígito é mantido em uma tensão positiva (através de um resistor limitador de corrente). A lista de pinagem fornece a conexão de cátodo específica para cada segmento (A-G e DP) para ambos os dígitos. A identificação correta do pino 1 (frequentemente marcado por um entalhe, chanfro ou ponto no encapsulamento) é crucial para a orientação adequada durante a montagem.

5.3 Diagrama de Circuito Interno

O esquemático (referenciado no PDF) representa visualmente a estrutura de ânodo comum. Ele mostra dois blocos (um para cada dígito), cada um contendo sete LEDs de segmento (A-G) e um LED de ponto decimal (DP). Todos os ânodos dentro de um bloco de dígito são ligados juntos ao pino de ânodo comum para aquele dígito. Os cátodos de cada segmento individual são trazidos para pinos separados, permitindo controle independente.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

Os Valores Máximos Absolutos especificam um parâmetro de soldagem chave: o encapsulamento pode suportar uma temperatura de pico de 260°C por 3 segundos, medida em um ponto 1/16 de polegada (aproximadamente 1,6 mm) abaixo do plano de assentamento (tipicamente a superfície da PCB). Esta é uma classificação padrão para processos de soldagem por onda ou refluxo usando solda sem chumbo (SnAgCu). Os projetistas devem garantir que o perfil de seu forno de refluxo não exceda esta combinação tempo-temperatura para evitar danos ao encapsulamento plástico, às ligações internas de fio ou aos próprios chips de LED. Precauções padrão contra ESD (Descarga Eletrostática) devem ser observadas durante o manuseio e montagem. O armazenamento deve ser dentro da faixa especificada de -35°C a +85°C em um ambiente de baixa umidade.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

Para um display de ânodo comum como o LTD-5721AJF, um circuito de acionamento típico envolve o uso de um microcontrolador ou um CI driver de display dedicado. Os pinos de ânodo comum (13, 14) são conectados a uma tensão de alimentação positiva (ex.: 5V) através de resistores limitadores de corrente individuais ou via transistores chaveadores se houver multiplexação. Os pinos de cátodo dos segmentos (1-12, 15-18) são conectados às saídas de dreno do driver. A corrente para cada segmento deve ser limitada à classificação de Corrente Direta Contínua (25 mA máx., tipicamente operada a 10-20 mA para equilíbrio entre brilho e longevidade). A queda de tensão direta (máx. 2,6V) deve ser subtraída da tensão de alimentação para calcular o valor apropriado do resistor limitador de corrente: R = (V_{alimentação}- V_F) / I_F.

7.2 Considerações de Projeto

• Multiplexação:Para controlar dois dígitos com menos pinos de I/O, uma técnica de multiplexação é usada. Os dígitos são iluminados um de cada vez em rápida sucessão (ex.: a 100Hz ou mais). O olho humano percebe isso como ambos os dígitos estando constantemente acesos. Isso requer acionar os ânodos comuns com um sinal de chaveamento e sincronizar os dados dos segmentos para cada dígito. A corrente de pico por segmento pode ser aumentada durante seu breve tempo de ativação (até a classificação de pico de 60mA) para compensar o ciclo de trabalho reduzido e manter o brilho médio.
• Gerenciamento de Calor:Embora a dissipação de potência seja baixa por segmento, a potência total para todos os segmentos iluminados em um dígito pode se somar. Garanta ventilação adequada se o display estiver enclausurado, especialmente em altas temperaturas ambientes, para evitar que a temperatura da junção exceda os limites seguros.
• Ângulo de Visão:O amplo ângulo de visão é uma vantagem, mas o projeto mecânico do invólucro do produto (ex.: profundidade da janela do display, uso de filtros ou lentes) pode afetar o ângulo de visão efetivo para o usuário final.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O principal diferencial do LTD-5721AJF é seu uso da tecnologia semicondutoraAlInGaPpara emissão laranja-amarelo. Comparada a tecnologias mais antigas, como LEDs amarelos padrão de Fosfeto de Gálio (GaP), o AlInGaP oferece eficiência luminosa significativamente maior, resultando em maior brilho para a mesma corrente de acionamento. Também geralmente fornece melhor saturação de cor e estabilidade ao longo da temperatura e da vida útil. Comparado a displays que usam luz filtrada (ex.: um LED branco com um filtro de cor), o AlInGaP fornece uma saída espectral mais pura e maior eficiência, pois nenhuma luz é perdida no processo de filtragem. O design de moldura cinza/segmentos brancos oferece uma aparência profissional e de alto contraste, seja ligado ou desligado, o que pode ser preferível a molduras verdes ou vermelhas em certas aplicações.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

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 é o pico físico do espectro de luz emitido. O comprimento de onda dominante é o comprimento de onda único da luz monocromática que pareceria ter a mesma cor para um observador humano. Eles são frequentemente próximos, mas não idênticos, especialmente para LEDs com curvas espectrais assimétricas. O comprimento de onda dominante é mais relevante para combinação de cores.

P: Posso acionar este display com um microcontrolador de 3,3V sem um deslocador de nível?

R: Possivelmente, mas é necessário um cálculo cuidadoso. Se os pinos de I/O do microcontrolador conseguirem drenar a corrente de segmento necessária (ex.: 10-20mA), e você usar uma alimentação de 3,3V para o ânodo comum, a queda de tensão direta (máx. 2,6V) deixa apenas 0,7V para o resistor limitador de corrente. Isso resulta em um valor de resistor muito pequeno (ex.: 35 ohms para 20mA), o que pode ser impraticável e sensível a variações em V_F. Uma alimentação de 5V para os ânodos é mais típica e fornece melhor margem para controle estável de corrente.

P: O que significa "Taxa de Compatibilidade de Intensidade Luminosa 2:1" para o meu projeto?

R: Significa que dentro de uma unidade de display, o segmento mais fraco pode ser metade do brilho do segmento mais brilhante. Se a uniformidade absoluta for crítica (ex.: em equipamentos médicos), você deve selecionar dispositivos de um bin mais restrito ou implementar calibração de brilho por software para cada segmento, o que é complexo. Para muitas aplicações, uma taxa de 2:1 é aceitável e não causa distração visual.

10. Exemplo de Caso de Uso Prático

Cenário: Projetando um temporizador/cronômetro digital simples.

O LTD-5721AJF é uma excelente escolha para exibir minutos e segundos (MM:SS). Um microcontrolador de baixo custo pode ser usado para gerenciar a contagem de tempo e acionar o display. Os dois dígitos seriam multiplexados. O ânodo comum para o dígito dos "minutos" e o dos "segundos" seriam conectados a dois pinos GPIO separados configurados como saídas, alternados para nível alto (através de um transistor para maior capacidade de corrente) um de cada vez. As sete linhas de cátodo dos segmentos (A-G) seriam conectadas a outros sete pinos GPIO configurados como dreno aberto ou ativamente levados a nível baixo, com um resistor em série em cada linha (ou um único resistor no caminho do ânodo comum se a uniformidade de brilho for menos crítica). O software do microcontrolador atualiza o padrão de segmentos para o dígito ativo, então alterna rapidamente para o outro dígito. A cor laranja-amarelo é frequentemente associada a cautela ou atenção, tornando-a adequada para um display de temporizador. O alto brilho garante que seja visível em várias condições de iluminação.

11. Introdução ao Princípio de Operação

O dispositivo opera com base no princípio daeletroluminescênciaem uma junção p-n semicondutora. O sistema de material AlInGaP tem uma banda proibida direta correspondente a energias de fótons na região laranja-amarelo do espectro visível (~2,0 eV). Quando uma tensão de polarização direta que excede o potencial interno da junção é aplicada (a tensão direta V_F), elétrons da região tipo n e lacunas da região tipo p são injetados através da junção. Quando esses portadores de carga se recombinam na região ativa do semicondutor, eles liberam energia na forma de fótons (luz). A composição específica da liga de Alumínio, Índio, Gálio e Fosfeto determina a energia da banda proibida e, portanto, a cor (comprimento de onda) da luz emitida. O substrato opaco de GaAs absorve qualquer luz emitida para baixo, tornando o dispositivo mais eficiente na direção de visão pretendida.

12. Tendências Tecnológicas

Embora o AlInGaP permaneça uma tecnologia de alto desempenho para LEDs vermelhos, laranjas e amarelos, o cenário mais amplo da tecnologia de display continua a evoluir. Para displays numéricos de sete segmentos, as tendências incluem: 1)Maior Integração:Módulos com drivers, controladores e até interfaces de comunicação (I2C, SPI) integrados estão se tornando mais comuns, simplificando o projeto do sistema. 2)Tecnologias Alternativas:Segmentos de LED Orgânico (OLED) oferecem perfis ultra finos e amplos ângulos de visão, embora vida útil e custo possam ser fatores. 3)Miniaturização e Densidade:Embora 0,56 polegadas seja um tamanho padrão, há demanda tanto por displays menores (para dispositivos portáteis) quanto por displays maiores e de maior brilho. 4)Opções de Cor e RGB:Displays de sete segmentos multicoloridos ou de cor total usando chips de LED RGB permitem mudança dinâmica de cor, embora exijam eletrônica de acionamento mais complexa. As vantagens fundamentais da tecnologia LED - confiabilidade, eficiência e robustez de estado sólido - garantem sua relevância contínua em aplicações de display numérico para o futuro previsível.