Ficha Técnica do Display LED LTS-4801JG - Altura do Dígito 0,4 Polegadas - Verde AlInGaP - Tensão Direta 2,6V - Dissipação de Potência 70mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTS-4801JG é um display numérico de um dígito e sete segmentos que utiliza a tecnologia de semicondutor AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) para produzir luz verde. É projetado como um dispositivo de anodo comum, o que significa que os anodos de todos os segmentos de LED são conectados internamente e levados a pinos comuns, enquanto o cátodo de cada segmento é acessível individualmente. Esta configuração é comum em aplicações de display multiplexado. O display apresenta uma face cinza com segmentos brancos, o que melhora o contraste e a legibilidade sob várias condições de iluminação. Sua aplicação principal é em equipamentos eletrônicos onde é necessária uma leitura numérica clara e brilhante de um único dígito, como em painéis de instrumentação, eletrodomésticos e controles industriais.

1.1 Vantagens Principais

• Alto Brilho e Contraste:O sistema de material AlInGaP proporciona alta eficiência luminosa, resultando em excelente brilho. O design de face cinza/segmento branco melhora ainda mais o contraste para uma aparência superior dos caracteres.
• Baixo Consumo de Energia:O dispositivo opera com correntes diretas relativamente baixas, tornando-o adequado para aplicações alimentadas por bateria ou energeticamente eficientes.
• Confiabilidade de Estado Sólido:Como um dispositivo baseado em LED, oferece longa vida operacional, resistência a choques e tempos de comutação rápidos em comparação com tecnologias antigas, como displays incandescentes ou fluorescentes a vácuo.
• Desempenho Categorizado:A intensidade luminosa é categorizada, permitindo uma correspondência consistente de brilho em displays de múltiplos dígitos.
• Amplo Ângulo de Visão:O encapsulamento e o design do chip proporcionam um amplo ângulo de visão, garantindo que o display seja legível de várias posições.
• Pacote Livre de Chumbo:O dispositivo está em conformidade com as diretivas RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas).

1.2 Aplicações Alvo

Este display destina-se ao uso em equipamentos eletrônicos comuns. Aplicações típicas incluem equipamentos de automação de escritório (por exemplo, copiadoras, impressoras), dispositivos de comunicação, eletrodomésticos (por exemplo, micro-ondas, fornos, máquinas de lavar), instrumentos de teste e medição e painéis de controle industrial. Não foi projetado para aplicações que exigem confiabilidade excepcional onde uma falha possa colocar em risco a vida ou a saúde (por exemplo, aviação, suporte de vida médico) sem consulta e qualificação prévias.

2. Análise Detalhada das Especificações Técnicas

2.1 Classificações Absolutas Máximas

Estas classificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob ou nestas condições não é garantida.

• Dissipação de Potência por Segmento:70 mW. Esta é a potência máxima que pode ser dissipada por um único segmento de LED sem causar danos.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:60 mA. Isto é permitido apenas sob condições pulsadas (ciclo de trabalho de 1/10, largura de pulso de 0,1 ms) para evitar superaquecimento.
• Corrente Direta Contínua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta corrente deve ser reduzida linearmente em 0,33 mA/°C à medida que a temperatura ambiente (Ta) aumenta acima de 25°C.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C. O dispositivo pode ser armazenado e operado dentro desta faixa completa.
• Temperatura de Soldagem:Máximo de 260°C por 5 segundos, medido 1/16 de polegada (aproximadamente 1,6 mm) abaixo do plano de assentamento.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes são parâmetros operacionais típicos medidos a Ta=25°C, definindo o desempenho do dispositivo em condições normais.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):320 a 850 μcd (microcandelas) a uma corrente direta (I_F) de 1 mA. Esta ampla faixa indica que o dispositivo é categorizado ("binned") por intensidade.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):571 nm (típico). Este é o comprimento de onda no qual a intensidade da luz emitida é mais alta, na região verde do espectro.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):572 nm (típico). Este é o comprimento de onda percebido pelo olho humano, correspondendo de perto ao comprimento de onda de pico.
• Largura de Meia Altura Espectral (Δλ):15 nm (típico). Especifica a largura de banda da luz emitida, indicando uma cor verde relativamente pura.
• Tensão Direta por Chip (V_F):2,05V a 2,6V a I_F=20 mA. Esta é a queda de tensão no LED durante a operação. O projeto do circuito deve levar em conta esta faixa.
• Corrente Reversa por Segmento (I_R):Máximo de 100 μA a uma tensão reversa (V_R) de 5V. Este parâmetro é apenas para fins de teste; a operação contínua em polarização reversa não é permitida.
• Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa:Máximo de 2:1 para segmentos dentro da \"área de luz similar\". Isto garante uniformidade na aparência ao longo do dígito.
• Crosstalk (Diafonia):A especificação é menor que 2,5%. Isto se refere à iluminação indesejada de um segmento não acionado devido a vazamento elétrico ou acoplamento óptico.

3. Explicação do Sistema de Categorização (Binning)

A ficha técnica indica que a intensidade luminosa é \"categorizada\". Isto tipicamente significa que os dispositivos são testados e classificados ("binned") após a produção com base em sua saída de luz medida em uma corrente de teste padrão (1 mA neste caso). A categorização garante que os displays usados juntos em uma aplicação de múltiplos dígitos terão brilho correspondente, evitando que um dígito apareça visivelmente mais escuro ou mais brilhante que seus vizinhos. Os projetistas devem especificar ou estar cientes da categoria de intensidade ao encomendar para garantir consistência em sua aplicação.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica faz referência a \"Curvas Típicas de Características Elétricas/Ópticas\". Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no trecho de texto, tais curvas tipicamente ilustram a relação entre parâmetros-chave. Com base no comportamento padrão de LEDs, as curvas esperadas incluem:

• Curva I-V (Corrente-Tensão):Mostra a relação exponencial entre a tensão direta (V_F) e a corrente direta (I_F). A curva mostrará uma tensão de ligação em torno de 2V e depois uma subida relativamente íngreme.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (I_Vvs I_F):Mostra como a saída de luz aumenta com a corrente. Geralmente é linear em uma faixa, mas saturará em correntes muito altas devido a efeitos térmicos.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente (I_Vvs T_a):Ilustra a diminuição na saída de luz à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta é uma consideração crítica para ambientes de alta temperatura.
• Distribuição Espectral:Um gráfico de intensidade relativa versus comprimento de onda, mostrando um pico em torno de 571-572 nm com uma largura de aproximadamente 15 nm na metade da intensidade máxima.

5. Informações Mecânicas e de Pacote

5.1 Dimensões do Pacote

O display tem uma altura de dígito de 0,4 polegadas (10,0 mm). O desenho mecânico detalhado fornece todas as dimensões críticas, incluindo comprimento total, largura, altura, tamanho e espaçamento dos segmentos e localização dos pinos. Notas-chave do desenho incluem:

• Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância geral de ±0,25 mm, salvo especificação em contrário.
• A tolerância de deslocamento da ponta do pino é ±0,40 mm.
• O diâmetro recomendado do furo na PCB para os pinos é de 1,10 mm.
• Critérios de qualidade são definidos para materiais estranhos, bolhas no segmento, curvatura do refletor e contaminação da tinta da superfície.

5.2 Conexão dos Pinos e Diagrama de Circuito

O dispositivo tem uma configuração de 10 pinos em linha única. O diagrama de circuito interno mostra uma estrutura de anodo comum. A pinagem é a seguinte: Pino 1 (Cátodo G), Pino 2 (Cátodo F), Pino 3 (Anodo Comum), Pino 4 (Cátodo E), Pino 5 (Cátodo D), Pino 6 (Cátodo Ponto Decimal), Pino 7 (Cátodo C), Pino 8 (Anodo Comum), Pino 9 (Cátodo B), Pino 10 (Cátodo A). Note que existem dois pinos de anodo comum (3 e 8), que estão conectados internamente. Isto permite flexibilidade no layout da PCB e pode ajudar na distribuição de corrente.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem Automatizada

Para soldagem por onda ou por refluxo, a condição especificada é de 260°C no máximo por 5 segundos, medido 1,6 mm (1/16 de polegada) abaixo do plano de assentamento do pacote. A temperatura do corpo do componente durante a montagem não deve exceder sua classificação máxima de temperatura. A adesão a este perfil é crucial para evitar danos ao pacote plástico ou às ligações internas dos fios.

6.2 Soldagem Manual

Se a soldagem manual for necessária, a ponta do ferro deve ser aplicada ao pino 1,6 mm abaixo do plano de assentamento. A temperatura de soldagem deve ser de 350°C ±30°C, e o tempo de contato não deve exceder 5 segundos. Usar uma temperatura mais alta por um tempo muito curto minimiza a transferência de calor para os chips de LED sensíveis.

7. Considerações de Projeto para Aplicação

Várias advertências e recomendações importantes são fornecidas para operação confiável:

• Proteção do Circuito de Acionamento:O circuito deve proteger os LEDs de tensões reversas e picos de tensão transitórios durante a ligação ou desligamento, pois estes podem causar falha imediata.
• Acionamento por Corrente Constante:Isto é fortemente recomendado em vez do acionamento por tensão constante. Uma fonte de corrente constante garante brilho consistente e protege o LED da fuga térmica, uma vez que a tensão direta diminui com o aumento da temperatura.
• Considerando a Variação de V_F:O circuito de acionamento deve ser projetado para fornecer a corrente pretendida em toda a faixa de tensão direta (2,05V a 2,6V por chip a 20mA).
• Redução de Corrente (Derating):A corrente contínua segura de operação deve ser escolhida após considerar a temperatura ambiente máxima da aplicação, usando o fator de redução de 0,33 mA/°C acima de 25°C.
• Evitar Polarização Reversa:A operação contínua em polarização reversa deve ser estritamente evitada, pois pode levar à migração de metal e falha prematura do dispositivo.

8. Testes de Confiabilidade

O dispositivo passa por uma série de testes de confiabilidade padronizados para garantir robustez. O plano de teste inclui:

• Teste de Vida Operacional (RTOL):1000 horas na corrente máxima nominal em temperatura ambiente.
• Testes Ambientais:Armazenamento em Alta Temperatura/Umidade (500 horas a 65°C/90-95% UR), Armazenamento em Alta Temperatura (1000 horas a 105°C), Armazenamento em Baixa Temperatura (1000 horas a -35°C).
• Testes de Estresse:Ciclagem de Temperatura (30 ciclos entre -35°C e 105°C) e Choque Térmico (30 ciclos entre -35°C e 105°C).
• Testes de Compatibilidade de Processo:Resistência à Soldagem (10 seg a 260°C) e Soldabilidade (5 seg a 245°C).

Estes testes fazem referência a padrões militares (MIL-STD), industriais japoneses (JIS) e internos estabelecidos, fornecendo confiança na durabilidade do componente sob várias condições de armazenamento e operação.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

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

R: Não. A tensão direta é de cerca de 2,6V no máximo, e um resistor limitador de corrente em série é obrigatório. Conectar diretamente a 5V destruiria o LED devido à corrente excessiva. Calcule o valor do resistor usando R = (V_fonte- V_F) / I_F.

P: Por que existem dois pinos de anodo comum?

R: Eles estão conectados internamente. Este design permite um roteamento de PCB mais flexível, pode ajudar a equilibrar a corrente se vários segmentos forem acionados simultaneamente e fornece estabilidade mecânica.

P: Como alcanço brilho uniforme em um display de múltiplos dígitos?

R: Use drivers de corrente constante e garanta que você use displays da mesma ou de categorias de intensidade luminosa muito próximas. Implemente multiplexação com corrente de segmento e ciclo de trabalho apropriados.

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

R: O comprimento de onda de pico é o comprimento de onda físico de maior potência espectral. O comprimento de onda dominante é o ponto de cor percebido no diagrama de cromaticidade CIE. Para uma fonte monocromática como este LED verde, eles são muito próximos.

10. Estudo de Caso de Projeto

Considere projetar um display simples de termômetro digital usando o LTS-4801JG. O sistema usa um microcontrolador com saída multiplexada. As etapas de projeto incluem:

1. Seleção do Driver:Escolha um CI driver de LED de corrente constante ou projete circuitos discretos com transistores capazes de drenar a corrente de segmento necessária (por exemplo, 10-15 mA para um bom brilho).
2. Configuração da Corrente:Determine a corrente de operação. Por exemplo, selecionar 10 mA fornece bom brilho enquanto permanece bem abaixo do máximo de 25 mA, permitindo margem para redução de corrente por temperatura.
3. Esquema de Multiplexação:Configure o microcontrolador para alternar rapidamente entre os dígitos. Os anodos comuns são acionados por transistores PNP (ou drivers de lado alto) comutados pelo MCU, enquanto os cátodos dos segmentos são conectados às saídas de dreno de corrente do CI driver.
4. Layout da PCB:Posicione o display na placa, garantindo que os furos recomendados de 1,10 mm sejam usados. Roteie as duas linhas de anodo comum separadamente para equilibrar a distribuição de corrente. Mantenha os traços para as linhas de segmento de alta corrente curtos e largos.
5. Gerenciamento Térmico:Se o dispositivo for usado em um ambiente de alta temperatura ambiente (por exemplo, >50°C), recalcule a corrente contínua máxima permitida usando o fator de redução: I_F(máx)= 25 mA - [0,33 mA/°C * (T_a- 25°C)].

11. Introdução à Tecnologia e Princípio

O LTS-4801JG é baseado na tecnologia de semicondutor AlInGaP cultivada em um substrato de GaAs não transparente. Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n, elétrons e lacunas se recombinam, liberando energia na forma de fótons. A composição específica da liga AlInGaP determina a energia da banda proibida, que por sua vez define o comprimento de onda da luz emitida—neste caso, verde (~572 nm). O substrato não transparente ajuda a melhorar o contraste absorvendo a luz dispersa. O formato de sete segmentos é uma maneira padronizada de representar dígitos numéricos (0-9) e algumas letras iluminando seletivamente sete barras de LED independentes (segmentos A-G) mais um ponto decimal.

12. Tendências da Indústria

Embora os displays de sete segmentos permaneçam vitais para leituras numéricas simples, a tendência da indústria é em direção à integração e miniaturização. Há um uso crescente de pacotes de dispositivo de montagem em superfície (SMD) para montagem automatizada. Além disso, displays monolíticos de múltiplos dígitos e displays inteligentes com drivers integrados (I2C, SPI) estão se tornando mais comuns para simplificar o projeto do sistema e reduzir a contagem de componentes. No entanto, componentes discretos de um dígito como o LTS-4801JG continuam a atender aplicações sensíveis ao custo, prototipagem e projetos que exigem características mecânicas ou ópticas específicas não oferecidas por módulos integrados. O movimento em direção a maior eficiência e gamas de cores mais amplas na tecnologia LED também influencia os componentes de display, embora para displays monocromáticos como este, eficiência e confiabilidade sejam os principais impulsionadores.