Ficha Técnica do Display LED LSHD-5503 - Altura do Dígito 0,56 Polegadas - Vermelho AlInGaP - Tensão Direta 2,6V - Dissipação de Potência 70mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LSHD-5503 é um módulo de display numérico de um dígito de alto desempenho, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas claras, brilhantes e fiáveis. A sua tecnologia central baseia-se em chips LED vermelhos de Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AS-AlInGaP), crescidos epitaxialmente num substrato de Arsenieto de Gálio (GaAs). Este sistema de material é reconhecido pela sua alta eficiência e excelente pureza de cor no espectro vermelho. O dispositivo apresenta um painel frontal cinza-claro com delimitações de segmentos brancas, proporcionando alto contraste para uma legibilidade ideal em várias condições de iluminação. Os principais objetivos de projeto são baixo consumo de energia, alta luminosidade, iluminação uniforme dos segmentos e fiabilidade de estado sólido, tornando-o adequado para integração numa vasta gama de produtos de consumo, industriais e de instrumentação onde a apresentação de dados numéricos é crítica.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

O desempenho do LSHD-5503 é definido por um conjunto abrangente de parâmetros elétricos e ópticos, cada um crítico para o correto projeto do circuito e previsão de desempenho.

2.1 Características Fotométricas e Ópticas

O desempenho luminoso é um diferenciador chave. A intensidade luminosa média por segmento é especificada com valores mínimos, típicos e máximos sob diferentes condições de acionamento. A uma corrente direta (I_F) de 1 mA, a intensidade varia de 320 μcd (mín.) a 1300 μcd (máx.), sendo fornecido um valor típico. A uma corrente de acionamento mais alta de 10 mA, a intensidade típica aumenta significativamente para 5400 μcd, demonstrando a capacidade do dispositivo para aplicações de alto brilho. A relação de correspondência de intensidade luminosa entre segmentos é especificada como 2:1 máxima a I_F=1mA, garantindo uniformidade visual ao longo do dígito. O comprimento de onda dominante (λ_d) é de 624 nm, e o comprimento de onda de emissão de pico (λ_p) é de 632 nm a I_F=20mA, situando-o firmemente na porção vermelha do espectro visível. A meia-largura espectral (Δλ) é de 20 nm, indicando uma largura de banda espectral relativamente estreita que contribui para a cor vermelha pura.

2.2 Características Elétricas

A tensão direta (V_F) por segmento está entre 2,1V (mín.) e 2,6V (máx.) quando acionado a 20 mA. Este parâmetro é essencial para calcular o valor necessário do resistor limitador de corrente num circuito: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. A corrente reversa (I_R) é limitada a um máximo de 100 μA a uma tensão reversa (V_R) de 5V, que é uma condição de teste padrão e não um modo de operação contínua.

2.3 Especificações Máximas Absolutas e Gestão Térmica

Estas especificações definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente. A corrente direta contínua por segmento é de 25 mA. A corrente direta de pico por segmento é classificada em 90 mA, mas apenas em condições pulsadas (frequência de 1 kHz, ciclo de trabalho de 15%), o que é útil em esquemas de multiplexagem para alcançar uma luminosidade média percebida mais alta. A dissipação de potência por segmento é de 70 mW, calculada como V_F* I_F. Um fator de derating da corrente direta de 0,28 mA/°C é especificado acima da temperatura ambiente de 25°C (T_a). Isto significa que, para cada grau Celsius acima de 25°C, a corrente contínua máxima permitida deve ser reduzida em 0,28 mA para evitar sobreaquecimento. Por exemplo, a 50°C, a corrente máxima seria 25 mA - (0,28 mA/°C * 25°C) = 18 mA. A faixa de temperatura de operação e armazenamento é de -35°C a +105°C, indicando robustez para ambientes adversos.

3. Sistema de Classificação e Binning

A ficha técnica afirma explicitamente que os dispositivos são "Classificados por Intensidade Luminosa". Este é um processo crítico de controlo de qualidade e seleção. Durante a fabricação, ocorrem variações. O binning envolve testar a saída luminosa de cada unidade a uma corrente de teste padrão (provavelmente 1 mA ou 10 mA conforme a ficha técnica) e agrupá-las em intervalos específicos de intensidade ou "bins". Isto permite aos projetistas selecionar componentes com níveis de brilho consistentes para a sua aplicação, garantindo uma aparência uniforme em displays multi-dígito ou entre diferentes produtos. Embora a ficha técnica forneça o intervalo mínimo/máximo geral, os códigos de bin específicos e os seus intervalos de intensidade correspondentes seriam normalmente definidos num documento de binning separado do fabricante.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica faz referência a "Curvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas", que são essenciais para compreender o comportamento do dispositivo além das especificações de ponto único. Embora os gráficos específicos não sejam detalhados no texto fornecido, as curvas padrão para tais dispositivos incluem tipicamente:

• Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta (I_Vvs. I_F):Mostra como a saída de luz aumenta com a corrente, geralmente de forma sub-linear a correntes mais altas devido ao aquecimento e à queda de eficiência.
• Tensão Direta vs. Corrente Direta (V_Fvs. I_F):Demonstra a característica I-V do díodo, crucial para o projeto do driver.
• Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente (I_Vvs. T_a):Ilustra como a saída de luz diminui à medida que a temperatura da junção aumenta, destacando a importância da gestão térmica.
• Distribuição Espectral:Um gráfico de intensidade relativa vs. comprimento de onda, mostrando o pico em ~632 nm e a meia-largura de 20 nm.

Estas curvas permitem aos engenheiros modelar o desempenho em condições não padrão (ex., diferentes correntes de acionamento, temperaturas) e otimizar os seus projetos.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

O LSHD-5503 tem uma altura de dígito de 0,56 polegadas (14,22 mm). As dimensões da embalagem são fornecidas num desenho detalhado com todas as medidas críticas em milímetros. As tolerâncias são geralmente ±0,25 mm salvo indicação em contrário. Esta informação é vital para o projeto da área de montagem na PCB, garantindo um encaixe adequado dentro do invólucro e mantendo o alinhamento do ponto decimal. A embalagem aloja os chips LED, a máscara de segmentos brancos/face cinza-claro e os pinos de ligação.

6. Ligação dos Pinos e Circuito Interno

O dispositivo tem uma configuração padrão de 10 pinos para um display de 7 segmentos mais ponto decimal. Utiliza uma arquitetura decátodo comum. Isto significa que os cátodos (terminais negativos) de todos os segmentos LED estão ligados internamente e saem para os pinos 3 e 8, que também estão ligados entre si. Os ânodos (terminais positivos) de cada segmento individual (A a G) e do ponto decimal (DP) saem para pinos separados (1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). O diagrama do circuito interno representa visualmente este arranjo, mostrando oito LEDs individuais (sete segmentos + DP) com os seus ânodos isolados e os seus cátodos ligados ao nó comum. Esta configuração é ideal para multiplexagem, onde os dígitos são alimentados um de cada vez em sequência rápida.

7. Diretrizes de Soldadura e Montagem

As especificações máximas absolutas incluem condições específicas de soldadura: o dispositivo pode ser submetido a uma temperatura de ferro de soldar de 260°C durante 5 segundos, com a condição de que a ponta do ferro deve estar pelo menos 1/16 de polegada (aproximadamente 1,6 mm) abaixo do plano de assento da embalagem. Esta é uma instrução crítica para evitar que calor excessivo suba pelos pinos e danifique os chips LED internos ou a embalagem de plástico. Para soldadura por onda ou reflow, o perfil deve ser cuidadosamente controlado para permanecer dentro dos limites térmicos da embalagem, tipicamente referenciando a norma IPC/JEDEC J-STD-020 para sensibilidade à humidade e perfis de reflow, embora não explicitamente declarado aqui. Procedimentos adequados de manuseamento ESD (Descarga Eletrostática) devem ser sempre seguidos durante a montagem.

8. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

O LSHD-5503 é adequado para qualquer aplicação que requeira um display numérico de um dígito, brilhante e fiável. Usos comuns incluem: equipamento de teste e medição (multímetros, contadores de frequência), painéis de controlo industrial (displays de temperatura, leituras de contadores), eletrodomésticos (fornos micro-ondas, máquinas de lavar, equipamento de áudio), medidores automotivos do mercado secundário e terminais de ponto de venda.

8.2 Considerações de Projeto Críticas

• Limitação de Corrente:Os LEDs são dispositivos acionados por corrente. Um resistor em série deve ser usado com cada segmento (ou um driver de corrente constante) para limitar a corrente direta a um valor seguro (≤25 mA contínuos). O valor do resistor é calculado usando a tensão de alimentação e a queda de tensão direta da ficha técnica.
• Multiplexagem:Para displays multi-dígitos, um dispositivo de cátodo comum como o LSHD-5503 é ideal. Um microcontrolador pode ativar sequencialmente o cátodo comum de um dígito enquanto aciona os ânodos dos segmentos para o padrão desse dígito. A especificação de corrente de pico (90 mA pulsada) permite uma corrente instantânea mais alta durante o curto período de multiplexagem para alcançar uma luminosidade média brilhante.
• Projeto Térmico:Respeite a curva de derating da corrente. Garanta ventilação adequada se operar a altas temperaturas ambientes ou altas correntes contínuas. O layout da PCB pode ajudar a dissipar o calor dos pinos.
• Ângulo de Visão:A ficha técnica afirma um amplo ângulo de visão, o que é benéfico para aplicações onde o display pode ser visto a partir de posições fora do eixo.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com tecnologias mais antigas como LEDs vermelhos padrão GaAsP (Fosfeto de Arsenieto de Gálio), a tecnologia AlInGaP no LSHD-5503 oferece uma eficiência luminosa significativamente maior, resultando em maior brilho para a mesma corrente de acionamento. Também proporciona pureza de cor superior e estabilidade ao longo da temperatura e do tempo. Comparado com alguns LEDs brancos modernos com filtros de cor, os LEDs vermelhos AlInGaP são inerentemente monocromáticos e mais eficientes para produzir luz vermelha pura. A altura do dígito de 0,56 polegadas coloca-o numa categoria de tamanho comum, oferecendo um bom equilíbrio entre legibilidade e área física. A sua configuração de cátodo comum oferece uma vantagem direta para projetos multiplexados baseados em microcontrolador em relação aos tipos de ânodo comum em certas topologias de circuito.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este display diretamente a partir de um pino de microcontrolador de 5V?

R: Não. Deve usar um resistor limitador de corrente. Um LED vermelho típico tem uma queda de cerca de 2V. Ligar 5V diretamente causaria corrente excessiva, destruindo o segmento. Calcule o resistor: R = (5V - 2,6V) / 0,02A = 120Ω (usando V_Fmáx. para segurança).

P: O que significa "Classificado por Intensidade Luminosa" para o meu projeto?

R: Significa que pode encomendar componentes de um intervalo específico de brilho. Se a consistência visual entre várias unidades for crítica (ex., um painel multi-dígito), especifique o código de bin desejado ao seu distribuidor para garantir que todos os dígitos tenham brilho correspondente.

P: A corrente de pico é 90mA, mas a contínua é apenas 25mA. Posso usar 90mA para uma saída mais brilhante?

R: Apenas em modo pulsado, conforme especificado (1 kHz, 15% de ciclo de trabalho). A corrente média nesse caso seria 90mA * 0,15 = 13,5mA, que está dentro da classificação contínua. Operação contínua a 90mA excederia o limite de dissipação de potência e causaria falha rápida.

P: Como ligo os dois pinos de cátodo comum (3 e 8)?

R: Eles estão ligados internamente. Pode usar apenas um ou ligar ambos ao seu circuito de acionamento (ex., coletor de transistor) para uma potencialmente melhor distribuição de corrente e desempenho térmico.

11. Estudo de Caso de Projeto e Utilização

Cenário: Projetar um display simples de voltímetro de 3 dígitos.

São usados três displays LSHD-5503. É escolhido um microcontrolador com pinos de I/O suficientes. O projeto emprega multiplexagem por divisão de tempo:

1. Os pinos de cátodo comum de cada dígito são ligados a transistores NPN individuais (ou um CI driver dedicado) controlados pelo microcontrolador.

2. Os pinos de ânodo dos segmentos (A-G, DP) dos três dígitos são ligados em conjunto e conectados ao microcontrolador através de resistores limitadores de corrente.

3. O software do microcontrolador: a) Desativa todos os transistores de acionamento do cátodo. b) Calcula quais segmentos precisam de ser acesos para o dígito das centenas. c) Ativa o padrão de segmentos nas linhas de ânodo. d) Ativa brevemente o transistor para o cátodo do dígito das centenas. e) Repete os passos b-d para os dígitos das dezenas e unidades em sucessão rápida (ex., a uma taxa global de 1 kHz).

A corrente de pico do segmento durante o seu breve tempo de ativação pode ser definida mais alta (ex., 40-60 mA) para compensar o baixo ciclo de trabalho (≈33% por dígito num sistema de 3 dígitos), alcançando um display brilhante e sem cintilação, mantendo a potência média e o calor dentro dos limites.

12. Introdução ao Princípio Tecnológico

O LSHD-5503 é baseado no material semicondutor Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP) crescido epitaxialmente num substrato de Arsenieto de Gálio (GaAs). Este é um semicondutor composto do grupo III-V. Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n, eletrões e lacunas são injetados na região ativa. A sua recombinação liberta energia na forma de fotões (luz). A energia específica da banda proibida da liga AlInGaP determina o comprimento de onda da luz emitida; neste caso, está sintonizada para produzir luz vermelha em torno de 624-632 nm. O uso de um material de banda proibida direta como o AlInGaP resulta numa alta eficiência quântica interna. A luz é emitida através de uma embalagem epóxi moldada que incorpora uma face cinza-claro com segmentos pintados de branco. A tinta branca reflete e difunde a luz do chip LED subjacente, criando os segmentos uniformemente iluminados visíveis para o utilizador.

13. Tendências e Contexto Tecnológico

Embora o LSHD-5503 represente uma tecnologia madura e fiável, o campo mais amplo da tecnologia de display continua a evoluir. O AlInGaP permanece a tecnologia dominante de alta eficiência para LEDs vermelhos e âmbar. As tendências em displays LED discretos incluem a busca por eficiência ainda maior (mais lúmens por watt), o que melhora a vida útil da bateria em dispositivos portáteis e reduz a carga térmica. Há também uma tendência para a miniaturização da própria escala do chip, permitindo potencialmente áreas de embalagem menores ou maior densidade de píxeis em displays multi-elemento. Além disso, a integração é uma tendência chave; a eletrónica de acionamento e, por vezes, até microcontroladores estão a ser integrados em módulos de "display inteligente", simplificando o processo de projeto para os engenheiros finais. No entanto, para displays numéricos de um dígito padrão e económicos, dispositivos como o LSHD-5503, com o seu desempenho comprovado e ampla disponibilidade, permanecerão um componente fundamental no projeto eletrónico num futuro previsível, especialmente em aplicações onde displays gráficos personalizados são desnecessários.