Folha de Dados do Display de Matriz de LEDs LTP-181FFM - Altura de 1,86 Polegadas (47,4mm) - Verde e Vermelho Hiper - Matriz 16x16 - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTP-181FFM é um módulo de display de matriz de pontos de tamanho médio e duas cores, projetado para aplicações que requerem exibição clara de informações alfanuméricas ou simbólicas. A sua função principal é fornecer uma interface de saída visual composta por diodos emissores de luz (LEDs) individualmente endereçáveis, dispostos em um padrão de grade.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

Este dispositivo foi projetado com várias vantagens-chave que o tornam adequado para aplicações industriais, comerciais e de instrumentação. Apresenta umaaltura de caractere de 1,86 polegadas (47,4 mm), que oferece excelente legibilidade à distância. O display proporcionaalto brilho e alto contraste, garantindo visibilidade mesmo em ambientes bem iluminados. Umângulo de visão amplopermite que a informação seja vista claramente a partir de várias posições em relação à superfície do display.

Do ponto de vista da confiabilidade, possui aconfiabilidade de estado sólidoinerente à tecnologia LED, o que significa ausência de partes móveis e longa vida operacional. Tembaixos requisitos de energia, tornando-o energeticamente eficiente. Uma característica mecânica significativa é que os módulos sãoempilháveis tanto na vertical quanto na horizontal, permitindo a criação de painéis de display maiores ou displays de múltiplas linhas sem interface complexa. Os LEDs também sãocategorizados por intensidade luminosa, garantindo brilho consistente entre diferentes unidades e dentro da própria matriz, o que é crítico para uma aparência uniforme.

O mercado-alvo inclui aplicações como displays de informação pública, painéis de controle industrial, equipamentos de teste e medição, sinalização de transporte e qualquer sistema onde seja necessária uma apresentação de status ou dados robusta, confiável e clara.

2. Análise Detalhada das Especificações Técnicas

O LTP-181FFM é um display de matriz de pontos de 16 linhas por 16 colunas. Utiliza duas tecnologias de semicondutor LED diferentes para a sua capacidade bicolor.

2.1 Descrição do Dispositivo e Tecnologia

Os chips de LED verde são fabricados a partir deFosfeto de Gálio (GaP) em um substrato de GaP. Os chips de LED vermelho utilizam tecnologiaFosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP), especificamente denominada "vermelho hiper", indicando alta eficiência e pureza no espectro vermelho. Estes chips vermelhos são cultivados em umsubstrato de Arseneto de Gálio (GaAs) não transparente. O display apresenta umaface pretapara melhorar o contraste absorvendo a luz ambiente, e umfilme difusoré adicionado sobre os LEDs para misturar os pontos individuais em uma aparência de caractere mais uniforme, reduzindo o aspecto "pontilhado".

2.2 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. São especificados a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C.

• Dissipação de Potência Média por Ponto:Verde: 36 mW, Vermelho Hiper: 40 mW.
• Corrente Direta de Pico por Ponto:Verde: 100 mA, Vermelho Hiper: 90 mA.
• Corrente Direta Média por Ponto:Verde: 13 mA, Vermelho Hiper: 15 mA. Este valor deve ser reduzido linearmente acima de 25°C a uma taxa de 0,17 mA/°C para o verde e 0,2 mA/°C para o vermelho.
• Tensão Reversa por Ponto:5 V para ambas as cores.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldagem:260°C por 3 segundos, medida a 1/16 de polegada (≈1,59 mm) abaixo do plano de assentamento do pacote.

2.3 Características Elétricas e Ópticas

Estes são os parâmetros de desempenho garantidos sob condições de teste especificadas a T_A= 25°C.

2.3.1 Características do LED Verde

• Intensidade Luminosa Média (I_V):Típica 1400 µcd, com mínimo de 500 µcd. Condição de Teste: Corrente de pico (I_p) = 35 mA, ciclo de trabalho 1/16.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):565 nm (Típico). Condição de Teste: Corrente direta (I_F) = 20 mA.
• Largura a Meia Altura da Linha Espectral (Δλ):30 nm (Típico). I_F= 20 mA.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):569 nm (Típico). I_F= 20 mA.
• Tensão Direta (V_F) por Ponto:Típica 2,6 V (Máx. 3,7 V) a I_F=80mA; Típica 2,1 V a I_F=20mA.
• Corrente Reversa (I_R) por Ponto:Máxima 100 µA a V_R= 5V.
• Taxa de Compatibilidade de Intensidade Luminosa (I_V-m):Máxima 1,6:1 entre quaisquer dois pontos. I_p= 35 mA, ciclo 1/16.

2.3.2 Características do LED Vermelho Hiper AlInGaP

• Intensidade Luminosa Média (I_V):Típica 1500 µcd, com mínimo de 500 µcd. Condição de Teste: I_p= 15 mA, ciclo de trabalho 1/16.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):650 nm (Típico). I_F= 20 mA.
• Largura a Meia Altura da Linha Espectral (Δλ):35 nm (Típico). I_F= 20 mA.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):639 nm (Típico). I_F= 20 mA.
• Tensão Direta (V_F) por Ponto:Típica 2,8 V (Máx. 3,7 V implícito) a I_F=80mA; Típica 2,6 V a I_F=20mA.
• Corrente Reversa (I_R) por Ponto:Máxima 100 µA a V_R= 5V.
• Taxa de Compatibilidade de Intensidade Luminosa (I_V-m):Máxima 1,6:1. I_p= 15 mA, ciclo 1/16.

Nota: As medições de intensidade luminosa utilizam um sensor e filtro que aproximam a curva de resposta fotópica do olho humano CIE.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

A folha de dados indica que os LEDs sãocategorizados por intensidade luminosa. Este é um processo de classificação (binning) crítico.

• Classificação por Intensidade Luminosa:A taxa de compatibilidade especificada de 1,6:1 máxima garante que, dentro de um único módulo de display, nenhum ponto de LED individual seja mais de 60% mais brilhante que o ponto mais fraco sob as mesmas condições de acionamento. Isto é essencial para alcançar um brilho uniforme entre os caracteres e em toda a área de exibição, prevenindo "pontos quentes" ou segmentos escuros.
• Comprimento de Onda:Embora sejam fornecidos valores típicos para os comprimentos de onda de pico (565nm, 650nm) e dominante (569nm, 639nm), a variação da produção é gerida para garantir que as cores verde e vermelha caiam dentro de faixas visuais aceitáveis. Os dados de largura a meia altura espectral (30nm, 35nm) indicam a pureza da cor.
• Tensão Direta:As faixas especificadas (por exemplo, 2,1V a 3,7V para o verde em alta corrente) consideram a variação natural na fabricação de semicondutores. O circuito de acionamento deve ser projetado para acomodar esta faixa a fim de garantir brilho consistente.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados faz referência aCurvas Típicas de Características Elétricas/Ópticas. Embora os gráficos específicos não sejam detalhados no texto fornecido, as curvas padrão para tais dispositivos normalmente incluem:

• Curva I-V (Corrente-Tensão):Mostra a relação entre a corrente direta e a tensão direta para um único ponto de LED. É não linear, com uma tensão de limiar/ligação (cerca de 1,8-2,0V para estas cores) após a qual a corrente aumenta rapidamente com pequenos aumentos de tensão. Esta curva é crucial para projetar circuitos limitadores de corrente.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (I_F):Mostra como a saída de luz aumenta com a corrente. Geralmente é linear em uma ampla faixa, mas satura em correntes muito altas devido a efeitos térmicos.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Mostra como a saída de luz diminui à medida que a temperatura de junção do LED aumenta. Esta redução está diretamente relacionada à redução da corrente média especificada nos Valores Máximos Absolutos.
• Distribuição Espectral:Um gráfico de intensidade relativa versus comprimento de onda, mostrando os comprimentos de onda de pico e dominante e a largura a meia altura espectral, confirmando as características de cor.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões do Pacote

A folha de dados inclui um desenho mecânico detalhado (não renderizado aqui). Notas-chave do desenho especificam quetodas as dimensões estão em milímetros (mm)e atolerância padrão é ±0,25 mm (0,01 polegada), a menos que uma nota de característica específica indique o contrário. Este desenho define a pegada geral, as posições dos furos de montagem, a área de visualização da matriz de LEDs e a localização precisa e o espaçamento dos 48 pinos.

5.2 Conexão dos Pinos e Diagrama de Circuito

O dispositivo possui um pacote dual-in-line de 48 pinos. A pinagem é complexa devido à matriz multiplexada 16x16. Os pinos são designados comoÂnodo Comum para as LinhasouCátodo para as Colunas, com pinos específicos para LEDs Verdes e Vermelhos. Por exemplo, o Pino 3 é o Cátodo da Coluna 1 para Verde, enquanto o Pino 11 é o Cátodo da Coluna 1 para Vermelho. Este arranjo permite que o controlador selecione uma linha (aplicando uma tensão positiva ao seu ânodo comum) e, em seguida, ilumine pontos verdes ou vermelhos específicos nessa linha, drenando corrente através dos pinos de cátodo da coluna correspondente.

É referenciado um diagrama de circuito interno, que normalmente mostraria a interconexão de todos os 256 LEDs (16x16), esclarecendo quais linhas de ânodo e colunas de cátodo controlam cada ponto de LED específico para ambas as cores.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A orientação principal fornecida é operfil de temperatura de soldagem: 260°C por 3 segundos, medido em um ponto a 1/16 de polegada (1,59 mm) abaixo do corpo do pacote. Este é um ponto de referência padrão para soldagem por onda ou soldagem manual, para evitar que o calor excessivo danifique os LEDs internos ou o pacote plástico. Para soldagem por refluxo, um perfil padrão sem chumbo com temperatura de pico em torno de 260°C seria aplicável, mas o tempo específico acima do líquido (TAL) deve ser controlado para atender à diretriz de 3 segundos no nível do pino.

O manuseio deve seguir as precauções padrão de ESD (Descarga Eletrostática) para dispositivos semicondutores. O armazenamento deve estar dentro da faixa de temperatura especificada de -35°C a +85°C em um ambiente de baixa umidade.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Painéis de Controle Industrial:Exibindo status da máquina, contagens de produção, códigos de erro ou valores de setpoint.
• Equipamentos de Teste e Medição:Mostrando leituras numéricas, unidades e indicadores de modo.
• Displays de Informação:Em espaços públicos para mensagens simples, números de senha ou horários de transporte.
• Sistemas de Display Empilhados:Múltiplos módulos podem ser combinados para mostrar mensagens de texto mais longas, fontes maiores ou dados de múltiplas linhas.

7.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento:É necessário um microcontrolador com pinos de I/O suficientes ou circuitos integrados dedicados para acionamento de displays LED (como MAX7219 ou drivers multiplexadores similares) para gerenciar a multiplexação 16:1 (16 linhas). O driver deve fornecer a corrente de pico necessária para os pontos selecionados (por exemplo, 80mA por ponto, dividido pelo ciclo de trabalho).
• Limitação de Corrente:Resistores limitadores de corrente externos ou drivers de corrente constante são obrigatórios para cada coluna de cátodo (ou grupos delas) para evitar exceder a Corrente Máxima Absoluta e definir o brilho desejado. Os cálculos devem usar o V_Fmáximo para garantir corrente segura em todas as condições.
• Gerenciamento Térmico:A redução da corrente média com a temperatura deve ser observada. Em altas temperaturas ambientes, o ciclo de trabalho de multiplexação ou a corrente de pico podem precisar ser reduzidos para manter a temperatura de junção dentro de limites seguros e manter a consistência do brilho.
• Ângulo de Visão:O amplo ângulo de visão é benéfico, mas deve ser considerado durante o projeto do invólucro mecânico para alinhar-se com as posições pretendidas do observador.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado a displays de matriz de pontos monocromáticos genéricos ou menores, o LTP-181FFM oferece vantagens distintas:

• Capacidade Bicolor:O uso de LEDs Verdes dedicados e LEDs Vermelhos Hiper AlInGaP de alta eficiência permite a apresentação de informações em duas cores (por exemplo, verde para status normal, vermelho para alarmes/avisos), aumentando a densidade e clareza da informação.
• Altura de Caractere Grande (1,86\"):Proporciona legibilidade superior à distância em comparação com matrizes menores 5x7 ou 8x8, preenchendo um nicho entre indicadores pequenos e sinalização grande.
• Classificação por Intensidade (Binning):A taxa de compatibilidade de intensidade garantida de 1,6:1 é uma marca de qualidade, garantindo uniformidade de display de nível profissional que displays mais baratos e não classificados podem não ter.
• Design Empilhável:O design mecânico facilita a montagem fácil de displays multi-módulo, uma característica nem sempre presente em displays destinados a uso independente.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P1: Qual é a diferença entre comprimento de onda "de pico" e "dominante"?

R: O comprimento de onda de pico (λ_p) é o comprimento de onda no qual a luz emitida tem sua intensidade máxima. O comprimento de onda dominante (λ_d) é o comprimento de onda da luz monocromática que corresponde à cor percebida do LED. Para LEDs, λ_dé frequentemente mais relevante para a percepção de cor humana.

P2: Por que a corrente de teste para intensidade luminosa é diferente para o Verde (35mA) e o Vermelho (15mA)?

R: Isto reflete as diferentes eficiências das duas tecnologias de semicondutor. O LED Vermelho Hiper AlInGaP é mais eficiente, produzindo sua intensidade luminosa típica (1500 µcd) a uma corrente de acionamento mais baixa do que o LED Verde GaP precisa para sua intensidade típica (1400 µcd).

P3: Como calculo o resistor em série necessário para uma coluna?

R: Use a Lei de Ohm: R = (V_fonte- V_F- V_{queda_driver}) / I_F. Use o V_Fmáximo da folha de dados (por exemplo, 3,7V a 80mA para verde) para garantir que a corrente nunca exceda o limite, mesmo com um LED de baixo V_F. Considere a queda de tensão do transistor/MOSFET driver da coluna (V_{queda_driver}). A corrente I_Fé a corrente de pico desejada por ponto (por exemplo, 80mA), mas lembre-se de que esta corrente é compartilhada por todos os pontos em uma coluna que estão ativos durante a fatia de tempo de uma única linha em um projeto multiplexado.

P4: O que significa "1/16 DUTY" nas condições de teste?

R: Indica que o display está sendo acionado em modo multiplexado com um ciclo de trabalho de 1/16. Isto é padrão para uma matriz de 16 linhas. Cada linha é ligada por apenas 1/16 do tempo total do ciclo de atualização. A intensidade luminosa é medida sob esta condição, que é como o display será usado na prática. A corrente de pico durante o tempo "ligado" é maior do que a corrente média para compensar o baixo ciclo de trabalho e alcançar o brilho médio desejado.

10. Estudo de Caso de Projeto e Utilização

Cenário: Projetando um Display de Contador de Produção Multilinha.

Um engenheiro precisa de um display para o chão de fábrica mostrando a contagem de produção atual e a meta de uma máquina. Ele escolhe dois módulos LTP-181FFM empilhados verticalmente.

Implementação:Um único microcontrolador aciona ambos os displays. O firmware gerencia uma rotina de multiplexação de 16 linhas, atualizando cada linha sequencialmente. O módulo superior exibe "CONTAGEM: [número]" em verde. O módulo inferior exibe "META: [número]" em verde. Se a máquina parar devido a um erro, a linha relevante ou uma mensagem separada "ERRO" pode piscar em vermelho no módulo correspondente. O design empilhável simplifica a montagem mecânica. O alto brilho e o amplo ângulo de visão garantem que a informação seja visível aos operadores a partir de vários pontos do chão. A classificação por intensidade garante que ambos os módulos tenham uma aparência consistente e uniforme lado a lado.

11. Introdução ao Princípio de Funcionamento

O LTP-181FFM opera com base no princípio demultiplexação de matriz de LEDs. Não é prático ter 256 fios individuais (para uma matriz 16x16 monocromática) ou mais para bicolor. Em vez disso, os LEDs são dispostos em uma grade onde os ânodos de todos os LEDs em uma única linha são conectados juntos (Linha de Ânodo Comum), e os cátodos de todos os LEDs em uma única coluna para uma cor específica são conectados juntos (Coluna de Cátodo).

Para iluminar um ponto específico (por exemplo, o ponto verde na Linha 5, Coluna 3), o controlador executa estas etapas em rápida sucessão dentro do ciclo de atualização: 1) Define o Ânodo Comum para a Linha 5 para uma tensão positiva (por exemplo, +5V). 2) Conecta o Cátodo para a Coluna 3 (Verde) ao terra (0V), completando o circuito e permitindo que a corrente flua através daquele LED verde específico. Todas as outras linhas estão desligadas, e todas as outras linhas de coluna são mantidas em nível alto (circuito aberto). Ao varrer todas as 16 linhas muito rapidamente (por exemplo, a 100Hz ou mais), a persistência da visão cria a ilusão de que todos os pontos desejados na matriz 16x16 estão acesos simultaneamente. A capacidade bicolor simplesmente adiciona um conjunto separado de pinos de cátodo para os LEDs vermelhos, que são controlados independentemente.

12. Tendências Tecnológicas

Embora o LTP-181FFM use as tecnologias estabelecidas de GaP (Verde) e AlInGaP (Vermelho), o campo mais amplo de displays LED está evoluindo. As tendências incluem:

• Materiais de Maior Eficiência:A mudança de AlInGaP em GaAs para estruturas ainda mais eficientes ou o uso de materiais baseados em InGaN para LEDs vermelhos (embora desafiador) para melhorar a eficiência e a gama de cores.
• Drivers Integrados:Módulos de display mais novos frequentemente incorporam o CI driver de multiplexação e, às vezes, até uma interface de microcontrolador (como I2C ou SPI) diretamente na placa de circuito impresso do módulo, simplificando significativamente o projeto do circuito externo em comparação com matrizes de LED nuas como o LTP-181FFM.
• Tecnologia de Montagem em Superfície (SMT):Muitas matrizes de LED modernas usam LEDs e pacotes SMT, permitindo perfil mais baixo, montagem automatizada e potencialmente maior resolução. O design de orifício passante do LTP-181FFM é robusto e adequado para aplicações onde soldagem manual ou reparo podem ocorrer.
• Matrizes RGB de Cor Completa:Para aplicações gráficas mais avançadas ou de texto multicolor, matrizes com LEDs vermelho, verde e azul (RGB) integrados em cada pixel estão se tornando mais comuns, embora exijam eletrônica de acionamento mais complexa.

O LTP-181FFM representa uma solução confiável e de alto desempenho em sua classe, equilibrando tamanho, brilho, funcionalidade bicolor e flexibilidade de design para uma ampla gama de aplicações de display embarcado.