Folha de Dados do Display LED LTS-3403LJF - Dígito de 0,8 Polegadas - Cor Laranja Amarelada - Tensão Direta de 2,6V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTS-3403LJF é um módulo de display alfanumérico de sete segmentos e um único dígito, projetado para aplicações que requerem indicação numérica ou alfanumérica limitada, clara e confiável. A sua função principal é fornecer uma saída visual para dados digitais provenientes de microcontroladores, circuitos lógicos ou outros circuitos integrados de acionamento. A vantagem central deste dispositivo reside na utilização da tecnologia de semicondutor Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP) para os chips LED, que oferece eficiência superior e pureza de cor no espectro laranja-amarelado em comparação com tecnologias mais antigas como o GaAsP. O dispositivo apresenta uma face cinza com marcações de segmentos brancas, proporcionando um excelente contraste para os segmentos iluminados. É categorizado por intensidade luminosa, garantindo consistência no brilho entre lotes de produção. O display foi concebido para fácil integração, sendo adequado para montagem direta em placas de circuito impresso (PCBs) ou em soquetes compatíveis, tornando-o ideal para painéis de controlo industrial, equipamentos de teste, eletrodomésticos e instrumentação onde é necessário um mostrador de um único dígito.

1.1 Características Principais e Mercado-Alvo

O LTS-3403LJF foi desenvolvido com várias características-chave que definem o seu campo de aplicação. A altura do dígito de 0,8 polegadas (20,32 mm) oferece um equilíbrio entre visibilidade e compacidade, sendo adequado para dispositivos montados em painel onde o espaço é uma consideração, mas a legibilidade é primordial. Os seus segmentos uniformes e contínuos garantem uma aparência coesa e profissional quando iluminados. O seu baixo consumo de energia e baixa exigência de potência tornam-no compatível com dispositivos alimentados por bateria ou sistemas onde a eficiência energética é crítica. A excelente aparência dos caracteres e o amplo ângulo de visão são resultados diretos da tecnologia de chip AlInGaP e do design da lente difusora, permitindo que o display seja lido claramente de vários ângulos. A fiabilidade de estado sólido inerente à tecnologia LED garante uma longa vida operacional, sem partes móveis que se desgastem. Finalmente, ser compatível com C.I. significa que pode ser acionado diretamente por saídas lógicas digitais padrão ou através de circuitos integrados de acionamento de display dedicados, com resistências limitadoras de corrente apropriadas. O mercado-alvo inclui projetistas de dispositivos eletrónicos portáteis, sistemas embarcados, painéis de instrumentos automóveis (para indicadores não críticos), dispositivos médicos e qualquer sistema eletrónico que requeira um display numérico durável e de baixa potência.

2. Análise Profunda dos Parâmetros Técnicos

A folha de dados fornece especificações elétricas, ópticas e térmicas abrangentes, que são críticas para um design de circuito adequado e operação confiável.

2.1 Características Fotométricas e Ópticas

O desempenho óptico é central para a função do display. A Intensidade Luminosa Média (Iv) é especificada com um mínimo de 320 µcd, um valor típico de 900 µcd, e sem máximo declarado, todos medidos a uma corrente direta (If) de 1 mA. Este parâmetro indica o brilho percebido de um único segmento. A baixa corrente de teste destaca a eficiência do dispositivo. As características de cor são definidas por três parâmetros de comprimento de onda. O Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λp) é tipicamente 611 nm, medido a If=20mA. A Largura a Meia Altura Espectral (Δλ) é tipicamente 17 nm, indicando a pureza espectral ou quão estreita é a gama de luz emitida em torno do pico; um valor menor denota uma cor mais monocromática. O Comprimento de Onda Dominante (λd) é tipicamente 605 nm. É importante notar que a intensidade luminosa é medida usando uma combinação de sensor e filtro que se aproxima da curva de resposta fotópica do olho CIE, garantindo que a medição se correlacione com a perceção visual humana. A Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa (Iv-m) é especificada como 2:1 no máximo, o que significa que a diferença de brilho entre o segmento mais brilhante e o mais fraco numa única unidade não excederá um fator de dois, garantindo uma aparência uniforme.

2.2 Parâmetros Elétricos

As especificações elétricas definem os limites e condições de operação para os segmentos LED. As Classificações Absolutas Máximas estabelecem os limites para operação segura. A Dissipação de Potência por Segmento é de 70 mW. A Corrente Direta de Pico por Segmento é de 60 mA, mas isto só é permitido em condições pulsadas (ciclo de trabalho de 1/10, largura de pulso de 0,1 ms) para gerir o calor. A Corrente Direta Contínua por Segmento é de 25 mA a 25°C, com um fator de derating de 0,33 mA/°C. Isto significa que a corrente contínua máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta acima de 25°C para evitar sobreaquecimento. A Tensão Reversa por Segmento é de 5 V; exceder este valor pode danificar a junção LED. Sob condições operacionais padrão (Ta=25°C), a Tensão Direta por Segmento (Vf) é tipicamente 2,6 V com um máximo de 2,6 V a uma corrente de teste de 10 mA. O mínimo é listado como 2,05 V. A Corrente Reversa por Segmento (Ir) é no máximo de 100 µA quando uma tensão reversa (Vr) de 5 V é aplicada, indicando a corrente de fuga no estado desligado.

2.3 Especificações Térmicas e Ambientais

A fiabilidade sob várias condições ambientais é crucial. A Gama de Temperatura de Operação é especificada de -35°C a +85°C. Esta ampla gama permite que o display funcione em ambientes adversos, desde congeladores industriais até compartimentos de motores quentes. A Gama de Temperatura de Armazenamento é idêntica (-35°C a +85°C), definindo condições seguras quando o dispositivo não está energizado. Um parâmetro crítico para montagem é a Temperatura de Soldadura. A folha de dados especifica que o dispositivo pode suportar uma temperatura de 260°C durante 3 segundos num ponto a 1/16 de polegada (aproximadamente 1,59 mm) abaixo do plano de assentamento. Esta é uma referência padrão para processos de soldadura por onda ou de refluxo, e os projetistas devem garantir que o perfil de montagem da sua PCB não exceda estes limites para evitar danos nas ligações internas por fio ou nos próprios chips LED.

3. Explicação do Sistema de Binning

A folha de dados 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 naturais no crescimento epitaxial do semicondutor e nos processos de fabricação de chips, os LEDs do mesmo lote de produção podem ter ligeiras variações em parâmetros-chave como intensidade luminosa e tensão direta. Para garantir consistência para o utilizador final, os fabricantes testam cada unidade e classificam-nas em diferentes "bins" com base no desempenho medido. O LTS-3403LJF é especificamente binado por intensidade luminosa. Isto significa que quando um projetista encomenda uma quantidade destes displays, a variação de brilho de uma unidade para outra estará dentro de uma gama pré-definida e controlada (implícita pela taxa de correspondência 2:1 dentro de uma unidade, e ainda mais controlada entre unidades pelo binning). Isto é essencial para aplicações onde múltiplos dígitos são usados lado a lado, pois evita diferenças de brilho notáveis entre displays. A folha de dados não especifica bins separados para comprimento de onda (cor) ou tensão direta, sugerindo um controlo apertado do processo nestes parâmetros ou que o binning está principalmente focado na intensidade para este produto.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Embora a folha de dados liste uma página para "Curvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas", o conteúdo fornecido não inclui os gráficos reais. Tipicamente, tais curvas são inestimáveis para o design. Seria de esperar ver uma curva de Corrente Direta vs. Tensão Direta (curva I-V), que mostra a relação não linear entre corrente e tensão através da junção LED. Esta curva ajuda os projetistas a selecionar o valor apropriado da resistência limitadora de corrente para uma determinada tensão de alimentação. Uma curva de Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta mostraria como o brilho aumenta com a corrente, frequentemente de forma sublinear, ajudando a otimizar o compromisso entre brilho e consumo de energia/eficiência. Uma curva de Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente é crítica para compreender como o brilho degrada com o aumento da temperatura de operação, o que é vital para projetar sistemas que operam em toda a gama de temperatura. Finalmente, um gráfico de Distribuição Espetral representaria visualmente a intensidade da luz emitida em diferentes comprimentos de onda, centrada no pico de 611 nm, mostrando a forma e largura do espetro de emissão. Os projetistas devem consultar a folha de dados completa do fabricante para estas representações gráficas, a fim de tomar decisões informadas sobre a corrente de acionamento e gestão térmica.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

O design mecânico garante uma integração física confiável. O diagrama de Dimensões da Embalagem (não totalmente detalhado no texto) forneceria todas as medidas críticas para o design da pegada na PCB, incluindo comprimento, largura e altura totais, o espaçamento entre pinos (pitch), o diâmetro e posição de quaisquer orifícios de montagem, e a distância da parte inferior do pacote ao plano de assentamento. A tabela de Ligação dos Pinos é o mapa funcional do pacote de 17 pinos. Revela que esta é uma configuração de Cátodo Comum (pinos 4, 6, 12, 17), onde o lado negativo (cátodo) de todos os segmentos LED está ligado internamente. Os ânodos para cada segmento (A, B, C, D, E, F, G) e os pontos decimais esquerdo e direito (L.D.P, R.D.P) são trazidos para pinos separados. Vários pinos (1, 8, 9, 16) estão listados como "SEM PINO", o que significa que estão fisicamente presentes mas não estão ligados eletricamente (provavelmente para estabilidade mecânica no soquete ou durante a soldadura). A polaridade é claramente indicada pela designação de cátodo comum. A face cinza e os segmentos brancos fornecem a interface visual.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A manipulação adequada durante a montagem é crítica para a fiabilidade a longo prazo. A diretriz principal fornecida é a especificação da Temperatura de Soldadura: 260°C durante 3 segundos a 1/16 de polegada abaixo do plano de assentamento. Esta é uma diretiva para soldadura por onda. Para soldadura por refluxo, um perfil padrão sem chumbo com pico a 260°C seria aplicável, mas o tempo acima do líquido (ex., 217°C) deve ser controlado para minimizar o stress térmico. Os projetistas devem garantir que o layout das almofadas da PCB corresponda à pegada recomendada no desenho dimensional para evitar tombamento ou desalinhamento. O dispositivo deve ser armazenado na sua bolsa de barreira à humidade original até à utilização, especialmente se não for destinado a montagem imediata, para evitar a absorção de humidade que poderia causar "popcorning" durante o refluxo. As gamas de temperatura de operação e armazenamento (-35°C a +85°C) devem ser respeitadas em toda a cadeia de abastecimento e ciclo de vida do produto. Evite aplicar stress mecânico à lente ou aos pinos durante a manipulação.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O LTS-3403LJF, sendo um display de cátodo comum, é tipicamente acionado por um driver de "fornecimento" (sourcing). Isto significa que os pinos do microcontrolador ou do CI driver ligam-se aos ânodos dos segmentos e fornecem corrente para os ligar, enquanto o(s) pino(s) de cátodo comum são ligados ao terra, geralmente através de um transistor que pode lidar com a corrente combinada dos segmentos. Um circuito básico envolve ligar cada pino de ânodo a um pino GPIO de um microcontrolador através de uma resistência limitadora de corrente. O valor desta resistência (R) é calculado usando a Lei de Ohm: R = (Vcc - Vf) / If, onde Vcc é a tensão de alimentação (ex., 5V ou 3.3V), Vf é a tensão direta do LED (tipicamente 2.6V), e If é a corrente direta desejada (ex., 10-20 mA). Por exemplo, com uma alimentação de 5V e uma corrente alvo de 15 mA: R = (5 - 2.6) / 0.015 = 160 ohms. Uma resistência de 150 ohms seria um valor padrão. O(s) pino(s) de cátodo comum seriam ligados ao coletor de um transistor NPN, com o emissor ligado ao terra. O microcontrolador ligaria o transistor para ativar o dígito. Para multiplexagem multi-dígito (não aplicável a um único dígito, mas para compreensão), os ânodos dos segmentos correspondentes entre dígitos são ligados em conjunto, e o cátodo comum de cada dígito é controlado separadamente, iluminando um dígito de cada vez em sucessão rápida.

7.2 Considerações e Notas de Design

Várias considerações importantes devem ser abordadas.Limitação de Corrente:Nunca ligue um LED diretamente a uma fonte de tensão sem uma resistência limitadora de corrente ou um driver de corrente constante, pois o LED irá consumir corrente excessiva e falhar.Dissipação de Calor:Embora os LEDs sejam eficientes, a potência dissipada (P = Vf * If) por segmento pode chegar a 65 mW (2.6V * 25mA). Em aplicações onde muitos segmentos estão ligados continuamente, garanta ventilação adequada ou dissipação de calor se operar perto da temperatura máxima.Ângulo de Visão:O amplo ângulo de visão é benéfico, mas para uma legibilidade ótima, considere a linha de visão principal do utilizador ao posicionar o display no invólucro.Proteção contra ESD:Os LEDs AlInGaP podem ser sensíveis a descargas eletrostáticas. Implemente precauções padrão de manuseamento ESD durante a montagem.Desacoplamento e Ruído:Em ambientes eletricamente ruidosos, considere adicionar um pequeno condensador de desacoplamento (ex., 100 nF) perto das ligações de alimentação do display para estabilizar a fonte.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O LTS-3403LJF diferencia-se principalmente através do seu material semicondutor: AlInGaP. Comparado com LEDs vermelhos mais antigos baseados em Fosfeto de Arsénio de Gálio (GaAsP), o AlInGaP oferece uma eficácia luminosa significativamente maior (mais saída de luz por unidade de potência elétrica), melhor estabilidade térmica da cor e do brilho, e uma cor mais saturada e pura na parte âmbar/laranja-amarelada/vermelha do espetro. Comparado com LEDs brancos (tipicamente LED azul + fósforo), oferece uma emissão de banda estreita única, o que pode ser vantajoso em aplicações onde é usada filtragem de comprimento de onda específica ou onde se deseja pureza de cor sem o amplo espetro da luz branca. O seu tamanho de 0,8 polegadas preenche um nicho entre indicadores menores e displays maiores e com maior consumo de energia. A configuração de cátodo comum é padrão e oferece compatibilidade com uma vasta gama de CIs de acionamento e configurações de portas de microcontrolador projetadas para multiplexagem de cátodo comum.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Qual é a diferença entre o Comprimento de Onda de Pico (611 nm) e o Comprimento de Onda Dominante (605 nm)?

R: O Comprimento de Onda de Pico é o único comprimento de onda no qual o espetro de emissão tem a sua intensidade máxima. O Comprimento de Onda Dominante é o único comprimento de onda da luz monocromática que pareceria ter a mesma cor que a saída do LED para o olho humano. Eles geralmente diferem ligeiramente. O comprimento de onda dominante é mais relevante para a especificação da cor.

P: Posso acionar este display com um microcontrolador de 3.3V?

R: Sim, mas deve verificar a tensão direta. A Vf típica é de 2.6V. Com uma alimentação de 3.3V, a queda de tensão na resistência limitadora de corrente seria apenas de 0.7V (3.3V - 2.6V). Para obter uma corrente de 15mA, precisaria de uma resistência de R = 0.7V / 0.015A = 46.7 ohms. Isto é viável, mas a corrente será mais sensível a variações na Vf. É geralmente aceitável, mas verifique se o brilho atende às suas necessidades.

P: Por que existem quatro pinos de cátodo comum?

R: Ter múltiplos pinos de cátodo ajuda a distribuir a corrente total consumida quando todos os segmentos estão ligados. A soma das correntes para 7 segmentos mais pontos decimais pode exceder 200 mA. Espalhar esta corrente por múltiplos pinos e trilhas de PCB reduz a densidade de corrente, minimiza a queda de tensão e melhora a fiabilidade.

P: O que significa "COMPATÍVEL COM C.I."?

R: Significa que as características elétricas do LED (tensão direta, requisitos de corrente) estão dentro de gamas que podem ser acionadas diretamente pelos pinos de saída de circuitos integrados digitais padrão (como chips lógicos CMOS ou TTL ou GPIOs de microcontrolador) quando usados com uma resistência limitadora de corrente apropriada. Não significa que possa ligá-lo diretamente sem uma resistência.

10. Estudo de Caso de Design e Utilização

Considere projetar um controlador de termóstato digital simples. O sistema usa um microcontrolador para ler um sensor de temperatura e exibir o ponto de ajuste ou temperatura atual num único dígito (por simplicidade, mostrando dezenas de graus, ou um código). O LTS-3403LJF é escolhido pela sua clareza, baixa potência (importante para um dispositivo que pode ter backup de bateria) e amplo ângulo de visão (montado numa parede). O microcontrolador funciona a 5V. O projetista calcula os valores das resistências para uma corrente de segmento de 12 mA para equilibrar brilho e potência: R = (5V - 2.6V) / 0.012A = 200 ohms. Sete resistências de 200 ohms são usadas, uma para cada ânodo de segmento (A-G). Os pinos de cátodo comum são ligados em conjunto e conectados ao coletor de um transistor NPN 2N3904. O emissor do transistor vai para o terra, e a sua base é acionada por um pino GPIO do microcontrolador através de uma resistência de 10k. Para exibir um número, o microcontrolador define o padrão dos pinos de ânodo dos segmentos como alto (através das resistências) e liga o transistor para completar o circuito para o terra. A cor laranja-amarelada é facilmente visível em condições típicas de iluminação interior. A robusta classificação de temperatura garante que o display funcione de forma confiável, mesmo que o termóstato seja colocado num sótão quente ou numa garagem fria.

11. Introdução ao Princípio de Funcionamento

O LTS-3403LJF opera com base no princípio fundamental da eletroluminescência numa junção p-n de semicondutor. O dispositivo utiliza Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP) como material semicondutor ativo. Este composto é cultivado epitaxialmente num substrato de Arsenieto de Gálio (GaAs) não transparente. Quando uma tensão direta que excede a tensão de bandgap do material (cerca de 2.0-2.2V para AlInGaP) é aplicada através da junção p-n, eletrões da região tipo-n e lacunas da região tipo-p são injetados na região ativa. Quando estes portadores de carga se recombinam, libertam energia. Num semicondutor de bandgap direta como o AlInGaP, esta energia é libertada principalmente na forma de fotões (luz). O comprimento de onda específico da luz emitida (neste caso, laranja-amarelado, cerca de 611 nm) é determinado pela energia de bandgap da composição da liga AlInGaP, que é cuidadosamente controlada durante a fabricação. A face cinza e os segmentos brancos atuam como um difusor e um filtro de contraste, respetivamente, moldando a saída de luz em segmentos numéricos reconhecíveis.

12. Tendências e Contexto Tecnológico

O LTS-3403LJF representa uma tecnologia madura e otimizada. Os LEDs AlInGaP, desenvolvidos nos anos 90, substituíram em grande parte o GaAsP para indicadores e displays vermelhos, laranjas e amarelos de alta eficiência. A tendência na tecnologia de display desde então moveu-se para soluções de maior densidade, como OLEDs de matriz de pontos, micro-LEDs e LCDs para gráficos complexos. No entanto, para necessidades de display numérico de um ou vários dígitos simples, robusto, de baixo custo e ultra confiável, os displays LED de sete segmentos permanecem altamente relevantes. As suas vantagens incluem extrema simplicidade de controlo, brilho e contraste muito altos, ampla gama de temperatura de operação, capacidade de ligação instantânea e longevidade medida em dezenas de milhares de horas. Os desenvolvimentos atuais neste nicho focam-se em eficiência ainda maior, permitindo correntes de acionamento mais baixas para o mesmo brilho (estendendo a vida da bateria), e a integração do circuito de acionamento diretamente no pacote do display (os chamados "displays inteligentes"). O princípio central de uma fonte de luz de estado sólido confiável para indicação numérica, tal como incorporado pelo LTS-3403LJF, continua a ser um bloco fundamental no design eletrónico em inúmeras indústrias.