Ficha Técnica do Display LED Verde AlInGaP LTS-547AJG 0,52 Polegadas - Altura do Dígito 13,2mm - Tensão Direta 2,6V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTS-547AJG é um módulo de display alfanumérico de sete segmentos e um dígito de alto desempenho, projetado para aplicações que requerem indicação numérica clara e brilhante. A sua função principal é fornecer uma leitura digital altamente legível. A tecnologia central utiliza o material semicondutor AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) para os chips emissores de luz, conhecido por produzir luz verde de alta eficiência. O dispositivo apresenta uma face cinza com marcações de segmentos brancas, otimizando o contraste para melhorar a legibilidade sob várias condições de iluminação. É construído como um display do tipo cátodo comum, o que significa que todos os cátodos dos segmentos LED individuais estão conectados internamente a pinos comuns, simplificando o projeto do circuito de acionamento. Este display é categorizado como um componente livre de chumbo, em conformidade com diretivas ambientais como a RoHS.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

O display oferece várias vantagens-chave que o tornam adequado para uma ampla gama de aplicações industriais e de consumo. O seu alto brilho e excelente taxa de contraste garantem visibilidade mesmo em ambientes muito iluminados. O amplo ângulo de visão permite que o caractere exibido seja lido de várias posições sem perda significativa de luminância ou clareza. O dispositivo possui confiabilidade de estado sólido, ou seja, não tem partes móveis e é resistente a choques e vibrações em comparação com outras tecnologias de display. Apresenta um baixo requisito de potência, tornando-o ideal para dispositivos alimentados por bateria ou energeticamente eficientes. Os segmentos contínuos e uniformes proporcionam uma aparência de caractere limpa e profissional. Os mercados-alvo típicos incluem equipamentos de teste e medição, painéis de controle industrial, dispositivos médicos, painéis de instrumentos automotivos (para displays secundários), eletrodomésticos de consumo e qualquer dispositivo eletrónico que necessite de uma leitura numérica compacta e confiável.

2. Análise Profunda dos Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma interpretação objetiva e detalhada dos principais parâmetros elétricos e ópticos especificados na ficha técnica. Compreender estes parâmetros é crucial para um projeto de circuito adequado e para garantir a confiabilidade a longo prazo.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação nestes ou além destes limites não é garantida e deve ser evitada.

• Dissipação de Potência por Segmento:Máximo de 70 mW. Esta é a potência máxima que pode ser dissipada com segurança na forma de calor por um único segmento LED em operação contínua. Exceder este valor pode levar ao sobreaquecimento e degradação acelerada do chip LED.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:Máximo de 60 mA, mas apenas sob condições de pulso específicas (ciclo de trabalho de 1/10, largura de pulso de 0,1 ms). Esta classificação é para pulsos breves de alta corrente usados em esquemas de multiplexação, não para operação DC contínua.
• Corrente Direta Contínua por Segmento:Máximo de 25 mA a 25°C. Este é o parâmetro-chave para projetar a corrente de acionamento DC. Crucialmente, esta classificação é reduzida linearmente acima de 25°C a uma taxa de 0,33 mA/°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. Esta redução é essencial para a gestão térmica.
• Tensão Reversa por Segmento:Máximo de 5 V. Aplicar uma tensão de polarização reversa superior a esta pode causar ruptura e falha da junção LED.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +105°C. O dispositivo pode funcionar e ser armazenado dentro desta ampla faixa de temperatura.
• Temperatura de Soldadura:Máximo de 260°C por no máximo 3 segundos, medido 1,6 mm abaixo do plano de assento. Isto é crítico para processos de soldadura por onda ou reflow para evitar danos ao encapsulamento plástico ou às ligações internas.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes são os parâmetros típicos de operação medidos a Ta=25°C e em condições de teste especificadas. Eles definem o desempenho esperado do dispositivo.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):320 μcd (mín), 750 μcd (típ) a I_F=1mA. Esta é uma medida da saída de luz. A ampla faixa indica um processo de binning; os dispositivos são categorizados com base na sua intensidade medida real.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):571 nm (típ) a I_F=20mA. Este é o comprimento de onda no qual a intensidade da luz emitida é mais alta, situando-o na região verde do espectro visível.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):15 nm (típ). Isto indica a pureza espectral ou a dispersão dos comprimentos de onda emitidos. Um valor de 15nm é típico para um LED verde AlInGaP, resultando numa cor verde relativamente pura.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):572 nm (típ). Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano que melhor corresponde à cor da luz emitida, muito próximo do comprimento de onda de pico.
• Tensão Direta por Segmento (V_F):2,05V (mín), 2,6V (máx) a I_F=20mA. Esta é a queda de tensão no LED durante a operação. Os projetistas devem garantir que o circuito de acionamento possa fornecer tensão suficiente para superar esta queda na corrente desejada. A variação requer métodos de acionamento com limitação de corrente, não de tensão.
• 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 inversamente dentro da sua classificação máxima.
• Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa (I_V-m):2:1 (máx). Isto especifica a taxa máxima permitida entre o segmento mais brilhante e o mais fraco dentro de um único dispositivo quando acionado sob condições idênticas (I_F=1mA). Uma taxa de 2:1 garante uma aparência uniforme do dígito.

3. Explicação do Sistema de Binning

A ficha técnica indica que o dispositivo é \"Categorizado por Intensidade Luminosa\". Isto refere-se a um processo de binning ou triagem realizado durante a fabricação. Devido a variações inerentes no crescimento epitaxial do semicondutor e no processo de fabricação do chip, LEDs do mesmo lote de produção podem ter características ópticas e elétricas ligeiramente diferentes. Para garantir consistência para o utilizador final, os fabricantes testam e classificam (bin) os LEDs em grupos com parâmetros estreitamente correspondentes. Para o LTS-547AJG, o parâmetro principal de binning é aIntensidade Luminosa, como evidenciado pelos valores Mín (320 μcd) e Típ (750 μcd). Os dispositivos são testados na condição padrão (I_F=1mA) e agrupados em bins de intensidade. Os clientes podem encomendar bins específicos para aplicações que requerem correspondência rigorosa de brilho entre vários displays. A tensão direta (V_F) também tem uma faixa especificada (2,05V a 2,6V), o que pode envolver binning secundário ou é garantido como uma especificação máxima/mínima.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Embora o excerto do PDF fornecido mencione \"Curvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas\" na página final, as curvas específicas não estão incluídas no texto fornecido. Normalmente, uma ficha técnica como esta incluiria gráficos essenciais para uma análise de projeto aprofundada. Com base nas convenções padrão de fichas técnicas de LED, seriam esperadas as seguintes curvas e a sua análise é fornecida:

4.1 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V)

Este gráfico mostra a relação entre a corrente que flui através do LED e a tensão nos seus terminais. Para um LED, esta é uma curva exponencial. A tensão do \"joelho\" é onde a corrente começa a aumentar significativamente — isto está próximo da V_Ftípica de 2,6V a 20mA. A curva demonstra por que os LEDs devem ser acionados com uma fonte limitada de corrente; um pequeno aumento na tensão além do joelho resulta num grande aumento de corrente, potencialmente destrutivo. A inclinação da curva também está relacionada com a resistência dinâmica do LED.

4.2 Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta

Este gráfico mostra como a saída de luz (intensidade) aumenta com a corrente de acionamento. Para LEDs AlInGaP, a relação é geralmente linear numa faixa moderada de corrente, mas pode ser sublinear em correntes muito altas devido à queda de eficiência (aquecimento e outros efeitos não radiativos). Esta curva ajuda os projetistas a escolher uma corrente de operação que forneça o brilho necessário sem sobrecarregar excessivamente o LED ou reduzir a sua eficiência.

4.3 Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Esta é uma das curvas mais críticas para a confiabilidade. Mostra como a saída de luz diminui à medida que a temperatura ambiente (ou da junção) aumenta. Os LEDs AlInGaP são particularmente sensíveis à temperatura, com a saída a cair significativamente à medida que a temperatura sobe. Esta curva, combinada com a especificação de redução de corrente, informa as decisões de gestão térmica. Se o display for usado num ambiente quente, tanto a corrente pode precisar de ser reduzida (redução) como o brilho esperado será menor.

4.4 Distribuição Espectral

Um gráfico que traça a intensidade relativa em função do comprimento de onda. Mostraria um pico em torno de 571-572 nm com uma largura característica (a largura a meia altura de 15 nm). Esta curva confirma o ponto de cor verde e é importante para aplicações onde são necessárias coordenadas de cor específicas.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

5.1 Dimensões do Encapsulamento

O dispositivo tem um contorno padrão de sete segmentos e um dígito. As dimensões-chave do desenho (não totalmente detalhadas no texto) normalmente incluem altura, largura e profundidade totais, altura do dígito (especificada como 0,52 polegadas ou 13,2 mm), dimensões dos segmentos e espaçamento dos terminais (pinos). As notas especificam que todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,25 mm, salvo indicação em contrário. Uma nota específica menciona uma tolerância de deslocamento da ponta do pino de +0,4 mm, o que é importante para a colocação dos furos na PCB e para os processos de soldadura por onda, garantindo um alinhamento adequado.

5.2 Pinagem e Identificação de Polaridade

O display tem 10 pinos com um passo de 0,1 polegadas (2,54 mm), dispostos em duas filas. A tabela de conexão dos pinos é fornecida:

• Pino 1: Ânodo do segmento E
• Pino 2: Ânodo do segmento D
• Pino 3: Cátodo Comum 1
• Pino 4: Ânodo do segmento C
• Pino 5: Ânodo do Ponto Decimal (D.P.)
• Pino 6: Ânodo do segmento B
• Pino 7: Ânodo do segmento A
• Pino 8: Cátodo Comum 2
• Pino 9: Ânodo do segmento F
• Pino 10: Ânodo do segmento G

O dispositivo utiliza uma configuração decátodo comum. Existem dois pinos de cátodo comum (3 e 8), que estão internamente conectados. Isto permite flexibilidade no roteamento da PCB e pode ajudar a distribuir a corrente. Para iluminar um segmento, o seu pino de ânodo correspondente deve ser levado a uma tensão positiva em relação ao(s) cátodo(s) comum(ns), que deve(m) estar conectado(s) ao terra (ou a uma tensão mais baixa). O ponto decimal é um LED separado com o seu próprio ânodo (pino 5).

5.3 Diagrama de Circuito Interno

O esquema fornecido na ficha técnica confirma visualmente a arquitetura de cátodo comum. Mostra oito chips LED independentes (segmentos A-G mais o ponto decimal). Todos os cátodos (lados negativos) estão ligados entre si e saem para os pinos 3 e 8. Cada ânodo (lado positivo) sai para o seu respetivo pino. Este diagrama é essencial para entender como interfacear o display com um microcontrolador ou CI driver.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A adesão a estas diretrizes é crítica para evitar danos durante o processo de montagem da PCB.

• Método de Soldadura:O dispositivo é adequado para processos de soldadura por onda ou reflow.
• Perfil de Temperatura:A temperatura máxima absoluta de soldadura é de 260°C. Esta temperatura não deve ser excedida na interface terminal/junta de solda. Para reflow, o perfil padrão para montagens sem chumbo (temperatura de pico ~245-250°C) é apropriado, mas o tempo acima do líquido deve ser controlado.
• Tempo de Exposição:O tempo máximo de exposição na temperatura de pico é de 3 segundos. A exposição prolongada pode derreter o encapsulamento plástico ou danificar as ligações internas por fio.
• Ponto de Medição:A temperatura é medida 1,6 mm abaixo do plano de assento (o ponto onde o terminal sai do corpo plástico). Isto é frequentemente mais frio do que a temperatura da almofada da PCB.
• Limpeza:Se for necessária limpeza, use solventes compatíveis com o material do encapsulamento plástico do LED para evitar rachaduras ou embaciamento.
• Manuseio:Evite stress mecânico nos terminais. Use precauções adequadas contra ESD (Descarga Eletrostática) durante o manuseio e montagem.
• Condições de Armazenamento:Armazene num ambiente seco e antiestático dentro da faixa de temperatura especificada (-35°C a +105°C). Evite exposição a humidade excessiva; se os dispositivos forem armazenados em ambientes de alta humidade, pode ser necessário pré-aquecimento antes da soldadura para evitar o \"efeito pipoca\" durante o reflow.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O LTS-547AJG requer um mecanismo externo de limitação de corrente. O método de acionamento mais simples usa um pino GPIO de um microcontrolador conectado ao ânodo do segmento através de uma resistência limitadora de corrente, com o cátodo comum conectado ao terra. O valor da resistência é calculado usando R = (V_fonte- V_F) / I_F. Para uma fonte de 5V e uma I_Fdesejada de 20mA com uma V_Ftípica de 2,6V: R = (5 - 2,6) / 0,02 = 120 Ω. Seria usada uma resistência de 120Ω. Para multiplexar vários dígitos, são usados CIs driver dedicados (como o MAX7219 ou TM1637) ou matrizes de transístores para absorver a corrente de cátodo combinada mais alta.

7.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Use sempre resistências em série ou drivers de corrente constante. Nunca conecte um LED diretamente a uma fonte de tensão.
• Multiplexação:Ao acionar vários dígitos, a classificação de corrente de pico pulsada (60mA a 1/10 de ciclo de trabalho) pode ser usada para os ânodos dos segmentos, mas a corrente média por segmento não deve exceder a classificação DC contínua quando calculada ao longo do tempo.
• Dissipação de Calor:Considere o ambiente de operação. Se o display estiver num espaço fechado ou a uma temperatura ambiente elevada, reduza a corrente de operação de acordo usando a regra de 0,33 mA/°C para garantir a longevidade.
• Ângulo de Visão:O amplo ângulo de visão é uma vantagem, mas para uma legibilidade ideal, posicione o display de modo que a linha de visão do observador típico seja aproximadamente perpendicular à face.
• Layout da PCB:Certifique-se de que a pegada corresponde ao desenho dimensional. Os dois pinos de cátodo comum podem ser ligados entre si na PCB para reduzir a resistência do traço e melhorar a distribuição de corrente.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com outras tecnologias de display de sete segmentos, o LTS-547AJG oferece vantagens específicas:

• vs. LEDs Vermelhos GaAsP ou GaP:A tecnologia AlInGaP oferece uma eficiência luminosa significativamente maior, resultando em displays mais brilhantes para a mesma corrente de acionamento. A luz verde (cerca de 570nm) também está próxima do pico de sensibilidade da curva de visão fotópica humana, fazendo-a parecer subjetivamente mais brilhante do que a vermelha com a mesma potência radiante.
• vs. Displays LCD:Os LEDs são emissores (produzem a sua própria luz), tornando-os claramente visíveis no escuro sem retroiluminação. Têm um tempo de resposta muito mais rápido, uma faixa de temperatura de operação mais ampla e não são suscetíveis a retenção de imagem ou resposta lenta em temperaturas baixas.
• vs. VFD (Displays Fluorescentes a Vácuo):Os LEDs são mais robustos, requerem tensões de operação muito mais baixas (3-5V vs. 20-50V para VFDs) e têm um circuito de acionamento mais simples. Também não requerem alimentação do filamento.
• Dentro dos Displays AlInGaP:Os diferenciadores-chave do LTS-547AJG são a sua altura de dígito específica de 0,52\", a configuração de cátodo comum, o design de face cinza/segmentos brancos para contraste e a sua categorização garantida para intensidade luminosa, proporcionando um nível de consistência de brilho.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P1: Posso acionar este display com lógica de 3,3V?

R: Sim, mas deve verificar a tensão direta. Com uma V_Ftípica de 2,6V, há apenas uma margem de 0,7V (3,3V - 2,6V). Uma resistência limitadora de corrente seria muito pequena: R = (3,3 - 2,6)/0,02 = 35 Ω. A baixas correntes (ex.: 5mA), funciona bem. Para brilho total a 20mA, garanta que a sua linha de 3,3V é estável e pode fornecer a corrente. Um driver de corrente constante é recomendado para sistemas de 3,3V.

P2: Por que existem dois pinos de cátodo comum?

R: Dois pinos são usados para distribuir a corrente total do cátodo, que pode ser a soma de até 8 segmentos (se todos estiverem ligados). Isto reduz a densidade de corrente num único pino/traço da PCB, melhora a confiabilidade e proporciona flexibilidade de layout.

P3: Como calculo o consumo de energia do display?

R: Para um segmento: P = V_F* I_F. A 20mA típicos e 2,6V, P_segmento = 52 mW. Para o dígito inteiro com todos os 7 segmentos ligados (sem ponto decimal), P_total ≈ 7 * 52 mW = 364 mW. Garanta sempre que isto está abaixo da capacidade de dissipação total do pacote, considerando a redução térmica.

P4: O que significa \"pacote sem chumbo\" para o meu processo de montagem?

R: Os terminais do dispositivo são revestidos com um acabamento compatível com soldadura sem chumbo (ex.: estanho-prata-cobre). Deve usar pasta de solda sem chumbo e um perfil de reflow correspondente de temperatura mais alta (pico ~245-250°C) durante a montagem.

10. Estudo de Caso de Projeto Prático

Cenário:Projetar um termómetro digital simples para uma estação meteorológica interior/exterior. A unidade deve exibir temperaturas de -35°C a 105°C (correspondendo à faixa de operação do display). Será alimentado por bateria para portabilidade.

Escolhas de Projeto:

1. Seleção do Display:O LTS-547AJG é adequado devido à sua ampla faixa de temperatura, alto brilho (legível ao ar livre) e baixo requisito de potência (importante para a vida útil da bateria). A cor verde é suave para os olhos.

2. Circuito de Acionamento:Use um microcontrolador de baixa potência (ex.: ARM Cortex-M0+ ou PIC) em modo de suspensão na maior parte do tempo, acordando para atualizar o display. Para economizar energia e pinos, use um CI driver LED dedicado com multiplexação incorporada e saídas de corrente constante. Isto permite acionar vários dígitos (para as dezenas e unidades) de forma eficiente.

3. Configuração da Corrente:Para uso interior, defina a corrente do segmento para 5-10 mA para conservar a bateria. Para uso exterior em luz forte, um botão poderia aumentar temporariamente a corrente para 15-20 mA para brilho máximo. A configuração de corrente do CI driver deve ser programada em conformidade.

4. Consideração Térmica:Se a unidade for colocada sob luz solar direta, a temperatura interna pode exceder 50°C. De acordo com a fórmula de redução, a 50°C, a corrente contínua máxima é 25 mA - ((50-25)*0,33) = 25 - 8,25 = 16,75 mA. A nossa configuração máxima de 20mA excederia isto, portanto o projeto deve limitar o modo de \"alto brilho\" a um ciclo de trabalho ou largura de pulso que mantenha a corrente média dentro do limite reduzido a altas temperaturas ambientes.

11. Introdução à Tecnologia

O LTS-547AJG é baseado na tecnologia semicondutora deAlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio). Este sistema de material é cultivado epitaxialmente numsubstrato não transparente de GaAs (Arsenieto de Gálio). O AlInGaP é um semicondutor de banda proibida direta cuja energia da banda proibida pode ser ajustada variando as proporções de Alumínio, Índio, Gálio e Fósforo. Para emissão verde em torno de 570-580 nm, são usadas composições específicas. O substrato não transparente de GaAs absorve parte da luz gerada, o que é uma desvantagem em comparação com dispositivos que usam substratos transparentes (como GaP para alguns LEDs verdes mais antigos). No entanto, os processos modernos de AlInGaP-sobre-GaAs alcançam uma eficiência quântica interna muito alta, e a luz é emitida principalmente a partir da superfície superior do chip. A face cinza e os segmentos brancos do encapsulamento não fazem parte do semicondutor; fazem parte da moldagem plástica. A face cinza reduz a reflexão da luz ambiente, enquanto os segmentos brancos difundem e dispersam a luz verde do chip LED subjacente, criando uma aparência de segmento uniforme e brilhante.

12. Tendências Tecnológicas

O campo dos displays LED continua a evoluir. Para displays discretos de sete segmentos como o LTS-547AJG, as tendências focam-se no aumento da eficiência, maior brilho e gamas de cores mais amplas. Enquanto o AlInGaP domina o espectro de alta eficiência de vermelho, laranja, âmbar e verde, materiais mais recentes como o InGaN (Nitreto de Índio e Gálio) são agora capazes de produzir LEDs verdes e até amarelos eficientes, potencialmente oferecendo diferentes pontos de cor e características de eficiência. Há também uma tendência para maior integração, como displays com controladores incorporados (interfaces I2C ou SPI) que simplificam drasticamente a interface com o microcontrolador. Além disso, a demanda por consumo de energia cada vez mais baixo impulsiona o desenvolvimento de LEDs que fornecem brilho utilizável a correntes abaixo de 1 mA para dispositivos IoT de ultrabaixa potência. As regulamentações ambientais continuam a pressionar pela eliminação de substâncias perigosas além do chumbo, influenciando os materiais de revestimento e encapsulamento.