Ficha Técnica do Display LED Vermelho de Dígito Único LSHD-F101 0,39 Polegadas - Altura do Dígito 10,0mm - Tensão Direta 2,6V - Potência 70mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LSHD-F101 é um módulo de display LED de dígito único, com sete segmentos mais ponto decimal. Utiliza camadas epitaxiais avançadas de Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP) cultivadas sobre um substrato de Arseneto de Gálio (GaAs) para produzir emissão de luz vermelha de alta eficiência. A aplicação principal deste dispositivo é em equipamentos eletrónicos que requerem leituras numéricas claras, brilhantes e fiáveis, como em painéis de instrumentação, eletrodomésticos e controlos industriais. As suas principais vantagens incluem excelente aparência dos caracteres devido aos segmentos uniformes e contínuos, alto brilho e contraste para uma visibilidade superior e fiabilidade de estado sólido que garante uma longa vida operacional.

1.1 Características Principais

• Altura do Dígito: 0,39 polegadas (10,0 mm).
• Segmentos Uniformes e Contínuos para uma aparência suave dos caracteres.
• Baixo Requisito de Potência, melhorando a eficiência energética.
• Alto Brilho e Alto Contraste para uma excelente legibilidade.
• Amplo Ângulo de Visão, adequado para várias posições de montagem.
• Fiabilidade de Estado Sólido sem partes móveis.
• Categorizado por Intensidade Luminosa, permitindo a correspondência de brilho em aplicações com múltiplos dígitos.
• Embalagem Sem Chumbo em conformidade com as diretivas RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas).

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva e Detalhada

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não é recomendada a operação nestes ou perto destes limites para um desempenho fiável.

• Dissipação de Potência por Segmento: 70 mW. Esta é a potência máxima que pode ser dissipada com segurança por um segmento LED individual sem causar dano térmico.
• Corrente Direta de Pico por Segmento: 90 mA. Este valor aplica-se em condições pulsadas (ciclo de trabalho 1/10, largura de pulso 0,1ms) e é superior ao valor de corrente contínua.
• Corrente Direta Contínua por Segmento: 25 mA a 25°C. Esta corrente reduz linearmente a 0,28 mA/°C à medida que a temperatura ambiente aumenta acima de 25°C. Dissipação de calor adequada ou redução de corrente são necessárias a temperaturas mais elevadas.
• Tensão Reversa por Segmento: 5 V. Exceder esta tensão em polarização reversa pode causar falha imediata e catastrófica.
• Intervalo de Temperatura de Operação e Armazenamento: -35°C a +105°C. O dispositivo está classificado para operação e armazenamento dentro desta ampla gama de temperatura industrial.
• Condições de Soldadura: A embalagem pode suportar soldadura a 260°C por um máximo de 5 segundos, medido 1/16 de polegada (aproximadamente 1,6 mm) abaixo do plano de assento.

2.2 Características Elétricas e Óticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos em condições de teste especificadas (Ta=25°C).

• Intensidade Luminosa Média por Segmento (Iv): Varia de 200-750 ucd a 1mA de corrente de acionamento para 3400-9750 ucd a 10mA. Esta alta intensidade garante uma saída de display brilhante.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λp): 650 nm (típico). Especifica o comprimento de onda no qual a potência ótica de saída é máxima.
• Comprimento de Onda Dominante (λd): 639 nm (típico). Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano, definindo a cor como vermelha.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ): 20 nm (típico). Indica a pureza espectral da luz vermelha emitida.
• Tensão Direta por Chip (Vf): 2,10V a 2,60V a uma corrente de teste de 20mA. O projeto do circuito deve acomodar esta faixa para garantir uma corrente de acionamento consistente.
• Corrente Reversa por Segmento (Ir): Máximo de 100 µA a uma tensão reversa de 5V. Este parâmetro é apenas para fins de teste; a operação contínua em polarização reversa é proibida.
• Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa: Máximo de 2:1 entre segmentos quando acionados a 1mA. Isto garante um brilho uniforme em todo o display.

3. Explicação do Sistema de Binning

A ficha técnica indica que o dispositivo é "Categorizado por Intensidade Luminosa." Isto implica um processo de binning onde os displays são classificados com base na saída de luz medida a uma corrente de teste padrão (ex.: 1mA ou 10mA). Isto permite aos projetistas selecionar peças do mesmo ou de bins de intensidade adjacentes para garantir uniformidade visual em displays de múltiplos dígitos, evitando que alguns dígitos pareçam mais brilhantes ou mais escuros que outros. Embora detalhes específicos dos códigos de bin não sejam fornecidos neste excerto, esta categorização é um passo crítico de controlo de qualidade para a consistência estética e funcional na aplicação final.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica faz referência a "Curvas Típicas de Características Elétricas / Óticas" que são essenciais para um projeto detalhado. Estas normalmente incluem:

• Curva IV (Corrente Direta vs. Tensão Direta): Mostra a relação exponencial, crucial para projetar drivers de corrente constante.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta: Demonstra como a saída de luz aumenta com a corrente, auxiliando na calibração do brilho e nos cálculos de eficiência.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente: Mostra a redução da saída de luz à medida que a temperatura sobe, importante para a gestão térmica.
• Distribuição Espectral: Um gráfico que traça a intensidade relativa em função do comprimento de onda, confirmando os comprimentos de onda dominante e de pico e a largura espectral.

Os projetistas devem consultar estas curvas para otimizar as condições de acionamento, compreender as dependências da temperatura e prever o desempenho no ambiente operacional real.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões da Embalagem

O display tem uma face cinza claro com segmentos brancos. Notas dimensionais principais incluem:

• Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância geral de ±0,25mm, salvo indicação em contrário.
• A tolerância de desvio da ponta do pino é ±0,40 mm.
• O diâmetro recomendado do orifício na PCB para os pinos é de 1,0 mm.
• As especificações de qualidade limitam materiais estranhos, bolhas no segmento, curvatura do refletor e contaminação da tinta da superfície para garantir clareza ótica e integridade mecânica.

5.2 Configuração dos Pinos e Diagrama de Circuito

O dispositivo tem uma configuração de 10 pinos com uma arquitetura de ânodo comum. O diagrama de circuito interno mostra dois pinos de ânodo comum (Pino 1 e Pino 6) conectados internamente, fornecendo redundância e potencialmente uma melhor distribuição de corrente. Os cátodos dos segmentos (A-G e DP) estão conectados a pinos individuais. Esta configuração é padrão para multiplexar múltiplos dígitos, embora esta seja uma unidade de dígito único. A pinagem é a seguinte: 1-Ânodo Comum, 2-F, 3-G, 4-E, 5-D, 6-Ânodo Comum, 7-DP, 8-C, 9-B, 10-A.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

6.1 Soldadura Automatizada

Condição recomendada: 260°C durante 5 segundos, medido 1,6mm (1/16 de polegada) abaixo do plano de assento da embalagem. A temperatura do corpo do componente não deve exceder a sua classificação máxima durante este processo.

6.2 Soldadura Manual

Condição recomendada: 350°C ±30°C por um máximo de 5 segundos, com a ponta do ferro posicionada 1,6mm abaixo do plano de assento. Deve-se ter cuidado para evitar exposição prolongada ao calor.

7. Recomendações de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

Este display destina-se a equipamentos eletrónicos comuns, incluindo equipamentos de escritório, dispositivos de comunicação e eletrodomésticos. O seu alto brilho e legibilidade tornam-no adequado para medidores de painel, displays de relógio, leituras de unidades de controlo simples e eletrónica de consumo onde é necessário um indicador numérico claro.

7.2 Considerações Críticas de Projeto

• Método de Acionamento:É fortemente recomendado o acionamento por corrente constante em vez de tensão constante para garantir intensidade luminosa e longevidade consistentes, uma vez que o brilho do LED é uma função da corrente, não da tensão.
• Limitação de Corrente:O circuito driver deve limitar a corrente para cada segmento dentro do valor máximo absoluto (25mA contínuos, reduzido com a temperatura). Exceder isto causa degradação rápida.
• Faixa de Tensão:O circuito deve ser projetado para acomodar a faixa completa de tensão direta (Vf) de 2,10V a 2,60V para fornecer a corrente pretendida a todas as unidades.
• Proteção contra Tensão Reversa:O circuito de acionamento deve incorporar proteção (ex.: diodos em série ou características de circuitos integrados) para evitar que tensão reversa ou picos de tensão sejam aplicados aos cátodos do LED durante a ligação, desligamento ou em condições de falha.
• Gestão Térmica:A corrente de operação segura deve ser reduzida com base na temperatura ambiente máxima do ambiente de aplicação, utilizando o fator de redução de 0,28 mA/°C acima de 25°C.

8. Testes de Fiabilidade

O dispositivo é submetido a uma série abrangente de testes de fiabilidade baseados em padrões militares (MIL-STD), industriais japoneses (JIS) e internos. Estes testes validam a sua robustez e longevidade:

• Vida Operacional (RTOL):1000 horas à corrente máxima nominal à temperatura ambiente.
• Stress Ambiental:Inclui Armazenamento em Alta Temperatura/Umidade (500h a 65°C/90-95% RH), Armazenamento em Alta e Baixa Temperatura (1000h a 105°C e -35°C), Ciclagem de Temperatura e testes de Choque Térmico.
• Robustez do Processo:Testes de Resistência à Soldadura e Soldabilidade garantem que a embalagem pode suportar processos de montagem padrão.

9. Cuidados e Limitações de Uso

O dispositivo não foi projetado para aplicações críticas para a segurança onde uma falha possa colocar em risco a vida ou a saúde (ex.: aviação, suporte de vida médico, sistemas de segurança de transportes). Para tais aplicações, a consulta ao fabricante para componentes especialmente qualificados é obrigatória. O fabricante não assume qualquer responsabilidade por danos resultantes da operação fora dos valores máximos absolutos ou em desacordo com as instruções fornecidas. É necessária atenção especial para evitar polarização reversa, que pode induzir migração de metal e levar ao aumento da corrente de fuga ou falha.

10. Comparação e Diferenciação Técnica

O LSHD-F101 diferencia-se pelo uso da tecnologia AlInGaP num substrato de GaAs. Comparado com tecnologias mais antigas como GaAsP ou GaP padrão, os LEDs AlInGaP oferecem uma eficiência luminosa significativamente maior, resultando em maior brilho para a mesma corrente de acionamento. A característica de "segmentos uniformes e contínuos" indica um molde de alta qualidade e um design de difusor que elimina lacunas visíveis ou pontos quentes dentro de um segmento, levando a uma aparência de caracter mais profissional e legível. O amplo ângulo de visão e a intensidade luminosa categorizada são vantagens adicionais para aplicações que requerem desempenho visual consistente de diferentes perspetivas ou em múltiplas unidades.

11. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este display com uma fonte de 5V e um simples resistor?

R: Sim, mas é necessário um cálculo cuidadoso. Usando a Lei de Ohm (R = (V_fonte - Vf_led) / I_led), e assumindo um pior caso de Vf de 2,6V a 20mA, o valor do resistor seria (5V - 2,6V) / 0,02A = 120 Ohms. No entanto, devido à variação do Vf, o brilho pode variar entre segmentos/displays. Um driver de corrente constante é preferível para consistência.

P: Qual é a diferença entre Comprimento de Onda de Pico e Comprimento de Onda Dominante?

R: O Comprimento de Onda de Pico (650nm) é o pico físico do espectro de luz emitida. O Comprimento de Onda Dominante (639nm) é o comprimento de onda único que produziria a mesma perceção de cor para o olho humano. O comprimento de onda dominante é mais relevante para a especificação da cor.

P: Por que existem dois pinos de Ânodo Comum?

R: Isto proporciona simetria mecânica, simplifica o layout da PCB e pode ajudar a distribuir a corrente de forma mais uniforme, potencialmente melhorando a fiabilidade e a uniformidade do brilho.

12. Estudo de Caso de Projeto e Uso

Cenário: Projetar uma leitura simples de voltímetro digital.

Um projetista seleciona o LSHD-F101 para um display de voltímetro de 2 dígitos (requerendo duas unidades). Primeiro, verifica a informação de binning de intensidade para obter dois displays do mesmo bin para brilho uniforme. O microcontrolador opera a 3,3V. Para acionar cada segmento com um alvo de 10mA para um bom brilho, projeta um driver de sumidouro de corrente constante usando um CI de matriz de transistores. O circuito driver inclui diodos de proteção para limitar quaisquer picos de tensão indutiva dos fios longos que conectam ao painel de display. O layout da PCB coloca os displays com espaçamento adequado para os orifícios de montagem recomendados de 1,0mm e inclui um plano de terra para dissipação térmica. Durante os testes, verifica o brilho dos segmentos na temperatura ambiente máxima esperada de 50°C e confirma que a corrente é adequadamente reduzida para aproximadamente 18mA por segmento (25mA - (0,28mA/°C * (50-25)°C)).

13. Introdução ao Princípio Operacional

A emissão de luz no LSHD-F101 baseia-se na eletroluminescência numa junção p-n de semicondutor feita de materiais AlInGaP. Quando uma tensão direta que excede o potencial intrínseco da junção é aplicada, eletrões da região tipo-n e lacunas da região tipo-p são injetados na região ativa. Aqui, eles recombinam-se, libertando energia na forma de fotões. A composição específica da liga AlInGaP determina a energia da banda proibida, que corresponde diretamente ao comprimento de onda (cor) da luz emitida—neste caso, vermelha. O substrato de GaAs é opticamente absorvente, portanto, o chip é projetado para emissão pelo topo, que é então difundida pela embalagem plástica moldada para formar os segmentos uniformes.

14. Tendências e Contexto Tecnológico

A tecnologia AlInGaP representa uma solução madura e altamente eficiente para LEDs vermelhos, laranjas e amarelos. Embora tecnologias mais recentes, como LEDs baseados em Nitreto de Gálio (GaN), dominem os mercados de iluminação azul, verde e branca, o AlInGaP permanece o material de escolha para indicadores e displays vermelhos de alto desempenho devido à sua eficiência superior e pureza de cor nessa região espectral. As tendências na tecnologia de display incluem a mudança para embalagens de dispositivo de montagem em superfície (SMD) para montagem automatizada e maior densidade. Embora o LSHD-F101 seja um componente de orifício passante, os seus princípios de design de alto brilho, fiabilidade e desempenho categorizado permanecem fundamentais. Desenvolvimentos futuros podem focar-se em ganhos adicionais de eficiência, faixas de temperatura mais amplas e integração com eletrónica de acionamento.