Folha de Dados do Display LED LTS-4301JG - Dígito de 0,4 Polegadas - Verde AlInGaP - Tensão Direta de 2,6V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTS-4301JG é um módulo de display numérico compacto e de alto desempenho para um único dígito, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas claras, brilhantes e confiáveis. A sua função principal é representar visualmente os dígitos de 0 a 9 e alguns caracteres alfanuméricos limitados, utilizando os seus sete segmentos controlados individualmente e um ponto decimal. O dispositivo é projetado para integração numa vasta gama de equipamentos eletrónicos onde o espaço é limitado, mas a legibilidade é fundamental.

O display utiliza tecnologia avançada de semicondutor de Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP) para os seus elementos emissores de luz. Este sistema de material é reconhecido por produzir emissão de luz de alta eficiência no espectro do vermelho, laranja, âmbar e amarelo-esverdeado. Neste dispositivo específico, está sintonizado para produzir uma cor verde distinta. O uso de AlInGaP num substrato não transparente de Arsenieto de Gálio (GaAs) contribui para a elevada relação de contraste do display, pois o substrato ajuda a evitar a dispersão interna de luz, fazendo com que a "face cinzenta" apagada pareça escura e os "segmentos brancos" acesos pareçam brilhantes e vívidos.

O mercado-alvo para este componente é amplo, abrangendo painéis de controlo industrial, equipamentos de teste e medição, eletrodomésticos, painéis de instrumentos automóveis (para displays secundários), dispositivos médicos e terminais de ponto de venda. A sua principal proposta de valor reside em oferecer um pacote de desempenho visual superior — caracterizado por alto brilho, excelente contraste e amplos ângulos de visão — mantendo a confiabilidade do estado sólido e um consumo de energia relativamente baixo em comparação com tecnologias de display mais antigas, como displays fluorescentes a vácuo (VFDs) ou lâmpadas incandescentes.

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Características Ópticas

O desempenho óptico é central para a funcionalidade do display. AIntensidade Luminosa Média (Iv)é especificada com um valor típico de 850 µcd (microcandelas) a uma corrente direta (I_F) de 1 mA. O mínimo é de 320 µcd, e não há um máximo especificado na tabela, indicando uma especificação orientada para um alvo. Este parâmetro define o brilho percebido de um segmento em condições operacionais padrão. A medição é realizada usando um sensor e filtro calibrados para a função de luminosidade fotópica CIE, que imita a sensibilidade espectral do olho humano sob condições normais de iluminação, garantindo que o valor reportado se correlacione diretamente com a perceção visual.

As características de cor são definidas pelos parâmetros de comprimento de onda. OComprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p)é de 571 nm, que é o comprimento de onda no qual a potência óptica de saída é máxima. OComprimento de Onda Dominante (λ_d)é de 572 nm; este é o comprimento de onda único da luz monocromática que mais se aproxima da cor percebida da saída do LED. A proximidade destes dois valores (571 nm vs. 572 nm) indica uma cor verde espectralmente pura, com um desvio mínimo entre o pico físico e a tonalidade percebida. AMeia-Largura da Linha Espectral (Δλ)é de 15 nm, representando a largura de banda sobre a qual a intensidade da luz emitida é pelo menos metade do seu valor de pico. Uma meia-largura mais estreita geralmente indica uma cor mais saturada e pura.

Razão de Correspondência de Intensidade Luminosa (I_V-m)é especificada como 2:1 máximo. Este é um parâmetro crítico para a uniformidade do display, garantindo que a diferença de brilho entre o segmento mais escuro e o mais brilhante dentro de um único dígito não exceda um fator de dois quando acionados em condições idênticas. Esta razão é vital para alcançar um carácter numérico consistente e de aparência profissional.

2.2 Características Elétricas

As especificações elétricas definem os limites e condições operacionais para uso confiável. ATensão Direta por Segmento (V_F)tem um valor típico de 2,6V e um máximo de 2,6V a I_F=20 mA. O mínimo é listado como 2,05V. Esta tensão direta é característica da tecnologia AlInGaP e é crucial para projetar o circuito limitador de corrente, tipicamente resistores, para cada segmento.

ACorrente Reversa por Segmento (I_R)é um máximo de 100 µA a uma Tensão Reversa (V_R) de 5V. Este parâmetro indica o nível de corrente de fuga quando o LED está polarizado inversamente, o que geralmente é muito baixo para dispositivos de estado sólido.

Valores Máximos Absolutosdefinem os limites rígidos para a sobrevivência do dispositivo. As classificações principais incluem:
- Corrente Direta Contínua por Segmento:25 mA (derating linear a partir de 25°C).
- Corrente Direta de Pico por Segmento:60 mA (permitida em condições pulsadas: ciclo de trabalho 1/10, largura de pulso 0,1 ms).
- Dissipação de Potência por Segmento:70 mW.
- Tensão Reversa por Segmento:5 V.
Operar ou exceder estes limites arrisca danos permanentes aos chips LED.

2.3 Características Térmicas e Ambientais

O dispositivo é classificado para umaFaixa de Temperatura de Operaçãode -35°C a +85°C. Esta ampla faixa torna-o adequado para aplicações em ambientes adversos, desde condições externas de congelamento até ambientes industriais quentes. AFaixa de Temperatura de Armazenamentoé idêntica (-35°C a +85°C).

Um parâmetro crítico de montagem é a especificação deTemperatura de Soldagem: o dispositivo pode suportar 260°C durante 3 segundos num ponto a 1/16 de polegada (aproximadamente 1,6 mm) abaixo do plano de assentamento. Esta é uma referência padrão para processos de soldagem por onda ou reflow, orientando os fabricantes na configuração do perfil térmico para evitar danificar o invólucro de plástico ou as ligações internas por fio.

3. Explicação do Sistema de Binning

A folha de dados afirma explicitamente que o dispositivo éCategorizado por Intensidade Luminosa. Isto indica que o fabricante emprega um processo de binning ou classificação. Na fabricação de LEDs, existem variações naturais na saída devido a pequenas diferenças no crescimento epitaxial e no processamento do chip. Para garantir consistência aos clientes, os LEDs são testados após a produção e classificados em diferentes "bins" com base em parâmetros-chave.

Para o LTS-4301JG, o principal critério de binning é a intensidade luminosa a uma corrente de teste fixa (provavelmente 1 mA ou 20 mA). Os dispositivos são agrupados de forma que todas as unidades dentro de um pedido ou lote específico tenham intensidades luminosas dentro de uma faixa definida (por exemplo, a faixa de 320-850 µcd mencionada nas especificações pode representar um bin padrão, ou pode haver sub-bins mais restritos disponíveis). Isto permite aos projetistas selecionar displays com brilho mínimo garantido, assegurando uma aparência uniforme em todos os dígitos numa instalação com múltiplos dígitos. Embora não detalhado nesta folha de dados resumida, outros parâmetros comuns de binning para LEDs coloridos podem incluir o comprimento de onda dominante (para garantir consistência de cor) e a tensão direta.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados faz referência aCurvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas. Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no excerto de texto, as curvas padrão para tal dispositivo normalmente incluiriam:

Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta (Curva I-V):Este gráfico mostraria como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. Para LEDs, esta relação é geralmente linear numa faixa significativa, mas saturará em correntes muito altas devido a efeitos térmicos e queda de eficiência. A curva permite aos projetistas escolher uma corrente de operação que forneça o brilho desejado sem sobrecarregar excessivamente o dispositivo ou reduzir sua vida útil.

Tensão Direta vs. Corrente Direta:Esta curva mostra a relação exponencial típica de um díodo. É essencial para determinar os requisitos da fonte de alimentação e para calcular a queda de tensão necessária num resistor limitador de corrente em série.

Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:A saída de luz de um LED diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta curva quantifica essa derating, mostrando a percentagem de saída de luz restante em temperaturas elevadas (por exemplo, a 85°C). Isto é crítico para aplicações que operam em ambientes de alta temperatura para garantir que o display permaneça suficientemente brilhante.

Curva de Distribuição Espectral:Este seria um gráfico de intensidade relativa versus comprimento de onda, mostrando a curva em forma de sino centrada em torno de 571-572 nm com a meia-largura de 15 nm. Confirma visualmente a pureza da cor da luz emitida.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

O LTS-4301JG vem num invólucro padrão de LED de sete segmentos para um dígito. ODesenho das Dimensões do Invólucroé referenciado, com todas as dimensões fornecidas em milímetros e tolerâncias padrão de ±0,25 mm, salvo indicação em contrário. A pegada física e o arranjo dos segmentos seguem padrões padrão da indústria para fácil substituição e layout da PCB.

ALigação dos Pinosé claramente definida para a configuração de 10 pinos. É um projeto deCátodo Comum, o que significa que os cátodos (terminais negativos) de todos os segmentos e do ponto decimal estão conectados internamente e levados a dois pinos comuns (Pino 3 e Pino 8). Cada ânodo (terminal positivo) de segmento tem o seu próprio pino dedicado (Pinos 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). O Pino 6 é especificamente para o ânodo do Ponto Decimal (D.P.). Esta configuração de cátodo comum é amplamente utilizada e simplifica o circuito de acionamento, especialmente quando se utilizam técnicas de multiplexação com portas de I/O de microcontroladores.

ODiagrama do Circuito Internorepresenta visualmente esta configuração elétrica, mostrando os oito LEDs individuais (segmentos A-G mais DP) com os seus ânodos separados e os seus cátodos ligados em conjunto aos pinos comuns.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

Como mencionado nas características térmicas, a diretriz principal é o limite de temperatura de soldagem:260°C durante 3 segundos a 1/16 de polegada (1,6mm) abaixo do plano de assentamento. Este é um parâmetro crítico para engenheiros de processo que configuram fornos de soldagem por reflow ou máquinas de soldagem por onda. O perfil térmico deve ser projetado de forma que a temperatura nos terminais do dispositivo não exceda este limite por mais tempo do que o especificado, para evitar fissuras no invólucro, delaminação ou danos na fixação interna do chip e nas ligações por fio.

Devem ser observadas precauções padrão contra ESD (Descarga Eletrostática) durante a manipulação e montagem, pois os chips LED são sensíveis à eletricidade estática. Recomenda-se armazenar e manusear os dispositivos em embalagens antiestáticas e utilizar postos de trabalho aterrados.

Para limpeza após a soldagem, devem ser utilizados processos padrão compatíveis com o material plástico do dispositivo (provavelmente epóxi ou similar). Álcool isopropílico ou limpadores eletrónicos dedicados são tipicamente seguros, mas a compatibilidade deve ser verificada se forem utilizados solventes agressivos.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O método de acionamento mais comum para um display de cátodo comum como o LTS-4301JG é usar um microcontrolador. Cada pino de ânodo de segmento é conectado a um pino de saída do microcontrolador através de um resistor limitador de corrente. O valor deste resistor (R_limit) é calculado usando a Lei de Ohm: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. Para uma fonte de 5V, uma V_Fde 2,6V, e uma I_Fdesejada de 10 mA, o resistor seria (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ohms. Os dois pinos de cátodo comum são conectados em conjunto e depois a um pino do microcontrolador configurado como uma saída definida para um nível lógico BAIXO (0V) para ativar o display. Para acionar múltiplos dígitos, utiliza-se multiplexação: as linhas de segmento para todos os dígitos são conectadas em paralelo, e o cátodo comum de cada dígito é controlado individualmente, ligando apenas um dígito de cada vez em sucessão rápida. Isto economiza um número significativo de pinos de I/O.

Para acionamento por corrente constante ou aplicações de maior desempenho, podem ser utilizados circuitos integrados dedicados de acionamento de LED (como o MAX7219 ou TM1637). Estes chips tratam da multiplexação, regulação de corrente e, por vezes, até da decodificação de dígitos internamente, simplificando bastante o projeto de software e hardware.

7.2 Considerações de Projeto

Limitação de Corrente:Nunca conecte um LED diretamente a uma fonte de tensão sem um mecanismo limitador de corrente (resistor ou driver de corrente constante). A tensão direta não é um limiar fixo, mas uma característica do fluxo de corrente; sem limitação, a corrente aumentará de forma destrutiva.

Controlo de Brilho:O brilho pode ser controlado de duas formas principais: 1) Ajustando a corrente direta (via o valor do resistor limitador num esquema de acionamento por tensão). 2) Utilizando Modulação por Largura de Pulso (PWM) nas linhas de segmento ou de cátodo comum. O PWM é mais eficiente e fornece uma gama de atenuação mais ampla e linear.

Ângulo de Visão:A folha de dados afirma um "Ângulo de Visão Ampla". Para uma legibilidade ideal, o display deve ser montado de forma que a direção de visualização principal seja aproximadamente perpendicular à face do display. O ângulo amplo proporciona flexibilidade para visualização fora do eixo.

Dissipação de Calor:Embora a dissipação de potência por segmento seja baixa (70 mW máx.), numa aplicação multiplexada onde múltiplos segmentos estão acesos simultaneamente, a potência total no invólucro pode somar-se. Garanta ventilação adequada se o display estiver enclausurado, especialmente em ambientes de alta temperatura ambiente.

8. Comparação Técnica e Vantagens

Comparado com tecnologias de sete segmentos mais antigas, o LTS-4301JG oferece vantagens distintas:
- vs. Displays Incandescentes/Baseados em Lâmpada:Consumo de energia muito mais baixo, vida útil muito mais longa (dezenas de milhares de horas vs. centenas/milhares), maior resistência a choques e vibrações e operação mais fria.
- vs. Displays Fluorescentes a Vácuo (VFDs):Tensão de operação mais baixa (2-5V vs. dezenas de volts para VFDs), eletrónica de acionamento mais simples, sem necessidade de fonte de alimentação para filamento e, tipicamente, melhor desempenho em ambientes de alta humidade. Os VFDs podem oferecer ângulos de visão mais amplos e uma cor diferente (frequentemente azul-esverdeado), mas os LEDs são geralmente mais robustos.
- vs. Displays de Cristal Líquido (LCDs):Os LEDs são emissores e, portanto, autoluminescentes, proporcionando excelente visibilidade em condições de pouca luz e sem luz, sem necessidade de retroiluminação. Têm um tempo de resposta muito mais rápido e uma faixa de temperatura de operação mais ampla. Os LCDs, no entanto, consomem significativamente menos energia em modos de display estático e podem exibir gráficos mais complexos.

O uso da tecnologiaAlInGaPespecificamente, comparado com os LEDs verdes mais antigos de GaP (Fosfeto de Gálio), proporciona uma eficiência luminosa significativamente maior, resultando em displays mais brilhantes para a mesma corrente de entrada, ou o mesmo brilho com menor potência. A cor também é mais saturada e visualmente atraente.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é o propósito de ter dois pinos de cátodo comum (Pino 3 e Pino 8)?
R: Isto é principalmente para simetria mecânica e elétrica no invólucro dual-in-line. Ajuda a equilibrar a distribuição de corrente se múltiplos segmentos estiverem acesos simultaneamente e proporciona flexibilidade no roteamento da PCB. Internamente, estes dois pinos estão conectados, portanto pode usar qualquer um ou ambos ligados em conjunto.

P: Posso acionar este display com um sistema de microcontrolador de 3,3V?
R: Sim, mas deve recalcular o resistor limitador de corrente. Com uma V_supplyde 3,3V e uma V_Fde 2,6V, a tensão através do resistor é de apenas 0,7V. Para uma corrente de 10 mA, precisaria de um resistor de 70 Ohm (0,7V / 0,01A). Certifique-se de que o pino de saída do microcontrolador pode afundar/fornecer a corrente necessária.

P: A intensidade luminosa é dada em µcd. Quão brilhante é isso na prática?
R: 850 µcd (0,85 mcd) é um brilho padrão para um pequeno LED indicador. Para um display de sete segmentos visualizado em ambientes internos sob luz ambiente normal, isto fornece caracteres claros e facilmente legíveis. Para aplicações legíveis à luz solar, seria necessário um brilho muito mais alto (dezenas de mcd por segmento).

P: O que significa "Rt. Hand Decimal" na descrição?
R: Indica que o ponto decimal está posicionado no lado direito do dígito, que é a colocação padrão e mais comum para displays numéricos.

10. Princípios de Funcionamento

O princípio operacional fundamental baseia-se na eletroluminescência numa junção p-n de semicondutor. O chip AlInGaP consiste em camadas de materiais semicondutores tipo p e tipo n. Quando uma tensão direta que excede o potencial interno da junção (aproximadamente a V_F) é aplicada, eletrões da região n e lacunas da região p são injetados na região ativa onde se recombinam. Num semicondutor de banda proibida direta como o AlInGaP, uma porção significativa destas recombinações liberta energia na forma de fotões (luz). O comprimento de onda específico (cor) da luz emitida é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor, que é projetada durante o processo de crescimento do cristal ajustando as proporções de Alumínio, Índio, Gálio e Fósforo.

O formato de sete segmentos é uma forma simples e eficiente de representar dígitos numéricos usando um número mínimo de elementos controlados independentemente (sete segmentos mais um ponto decimal). Ao iluminar combinações específicas destes segmentos, podem ser formados todos os dez dígitos decimais (0-9) e algumas letras (como A, C, E, F, H, L, P, etc.).

11. Tendências Tecnológicas

Embora os displays LED discretos de sete segmentos como o LTS-4301JG permaneçam altamente relevantes para leituras numéricas dedicadas devido à sua simplicidade, robustez e custo-eficácia, tendências mais amplas da tecnologia de display estão a impactar o seu espaço de aplicação.

Integração:Existe uma tendência para módulos de display integrados que incluem os dígitos LED, o circuito integrado de acionamento e, por vezes, um microcontrolador num único invólucro, comunicando via interfaces seriais (I2C, SPI). Isto reduz a contagem de componentes e a complexidade do projeto para o utilizador final.

Evolução dos Materiais:A tecnologia AlInGaP é madura e excelente para cores vermelho-âmbar-amarelo-verde. Para verde puro e azul-esverdeado, a tecnologia de Nitreto de Gálio e Índio (InGaN) frequentemente oferece maior eficiência. Displays futuros podem utilizar LEDs avançados convertidos por fósforo ou matrizes de micro-LED para um desempenho ainda melhor.

Mudança de Aplicação:Para informação alfanumérica ou gráfica complexa, displays LED de matriz de pontos, OLEDs ou TFT LCDs são cada vez mais utilizados. No entanto, a vantagem imbatível do display de sete segmentos reside na extrema clareza para números, custo ultrabaixo e facilidade de uso em aplicações onde apenas números precisam ser mostrados, garantindo o seu uso contínuo em instrumentação, controlos industriais e eletrodomésticos num futuro previsível. A tendência aqui é para maior brilho, menor consumo de energia e possivelmente versões mais inteligentes e endereçáveis deste formato clássico.