Folha de Dados do Display LED LTS-4801JD - Altura do Dígito 0,39 Polegadas - AlInGaP Vermelho Hiper - Tensão Direta 2,6V - Dissipação de Potência 70mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTS-4801JD é um módulo de display de sete segmentos e um dígito de alto desempenho, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas claras e brilhantes. A sua função principal é representar visualmente os dígitos de 0 a 9 e algumas letras utilizando segmentos de LED endereçáveis individualmente. O dispositivo é concebido para fiabilidade e facilidade de integração em vários sistemas eletrónicos.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

Este display oferece várias vantagens-chave que o tornam adequado para uma gama de aplicações. Os seus principais benefícios incluem um excelente aspeto dos caracteres com segmentos uniformes e contínuos, alto brilho e contraste para uma visibilidade superior mesmo em condições de muita luz, e um amplo ângulo de visão que garante legibilidade a partir de várias posições. Além disso, apresenta baixa exigência de potência e fiabilidade de estado sólido, contribuindo para uma longa vida operacional e eficiência energética. O dispositivo é categorizado por intensidade luminosa, proporcionando consistência nos níveis de brilho. O mercado-alvo inclui painéis de controlo industrial, equipamentos de teste e medição, eletrodomésticos, painéis de instrumentos automóveis (displays secundários) e qualquer sistema embebido que necessite de um display numérico compacto e fiável.

2. Análise Profunda das Especificações Técnicas

O desempenho do LTS-4801JD é definido por um conjunto de parâmetros elétricos e ópticos precisos que os projetistas devem considerar para uma implementação adequada.

2.1 Características Fotométricas e Ópticas

O desempenho óptico é central para a sua função. O dispositivo utiliza chips LED de AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) na cor vermelho hiper. A saída de luz é caracterizada por uma intensidade luminosa média típica (Iv) de 200 a 650 microcandelas (μcd) quando alimentado por uma corrente direta (IF) de 1mA. A cor é definida por um comprimento de onda de pico de emissão (λp) de 650 nanómetros (nm) e um comprimento de onda dominante (λd) de 639 nm, ambos medidos a IF=20mA. A meia-largura espectral (Δλ) é de 20 nm, indicando uma cor vermelha relativamente pura. A correspondência de intensidade luminosa entre segmentos é especificada com uma relação máxima de 2:1, garantindo um aspeto uniforme em todo o dígito.

2.2 Parâmetros Elétricos

As especificações elétricas garantem uma operação segura e eficaz. As especificações máximas absolutas definem os limites operacionais: a dissipação de potência por segmento é de 70mW, a corrente direta de pico por segmento é de 90mA (a um ciclo de trabalho de 1/10, largura de pulso de 0,1ms), e a corrente direta contínua por segmento é de 25mA a 25°C, reduzindo linearmente a 0,33 mA/°C. A tensão reversa máxima por segmento é de 5V. Em condições operacionais típicas (Ta=25°C, IF=20mA), a tensão direta por segmento (VF) varia entre 2,1V e 2,6V. A corrente reversa (IR) é no máximo de 100 μA a VR=5V.

2.3 Especificações Térmicas e Ambientais

O dispositivo é classificado para uma gama de temperatura de operação de -35°C a +85°C e uma gama de temperatura de armazenamento idêntica. Esta ampla gama torna-o adequado para ambientes sujeitos a variações significativas de temperatura. A classificação de temperatura de soldadura especifica que o dispositivo pode suportar 260°C durante 3 segundos num ponto a 0,116 polegadas (ou aproximadamente 2,95mm) abaixo do plano de assentamento, o que é uma informação crítica para o processo de montagem.

3. Explicação do Sistema de Categorização (Binning)

A folha de dados indica que o dispositivo é "categorizado para intensidade luminosa." Isto implica que é aplicado um sistema de binning, provavelmente baseado na intensidade luminosa média medida (Iv) na condição de teste padrão (IF=1mA). Os bins agrupariam dispositivos com níveis de saída de luz semelhantes (por exemplo, 200-350 μcd, 350-500 μcd, 500-650 μcd). Isto permite aos projetistas selecionar componentes com brilho consistente para displays multi-dígitos ou aplicações onde a correspondência de brilho é crítica. A relação máxima de correspondência de intensidade luminosa de 2:1 especificada é uma garantia de desempenho dentro de um único dispositivo, enquanto o binning garante consistência entre múltiplos dispositivos.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Embora o excerto da folha de dados fornecido faça referência a "Curvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas," as curvas típicas para tal dispositivo ilustrariam graficamente relações-chave vitais para o projeto.

4.1 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V)

Uma curva I-V típica mostraria a relação exponencial entre a corrente direta (IF) e a tensão direta (VF) para os chips LED de AlInGaP. A curva começaria a conduzir notoriamente por volta de 1,8V-2,0V e mostraria uma inclinação relativamente acentuada na gama operacional normal (por exemplo, 5-30mA), com VF a aumentar para os típicos 2,1V-2,6V a 20mA. Esta curva é essencial para projetar o circuito limitador de corrente.

4.2 Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta

Esta curva é crucial para o controlo de brilho. Normalmente mostraria que a intensidade luminosa (Iv) aumenta aproximadamente de forma linear com a corrente direta (IF) numa gama significativa antes de potencialmente saturar a correntes muito altas. A inclinação desta linha determina a eficiência (lúmens por watt ou candelas por ampere). Os projetistas usam-na para selecionar a corrente operacional necessária para alcançar um nível de brilho desejado.

4.3 Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente

A saída de luz do LED diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Uma curva de derating ilustraria a intensidade luminosa relativa em função da temperatura ambiente (Ta) ou da temperatura da junção (Tj). Para LEDs de AlInGaP, a saída pode cair significativamente com o aumento da temperatura, o que deve ser considerado na gestão térmica e em projetos destinados a ambientes de alta temperatura.

4.4 Distribuição Espectral

Um gráfico de distribuição espectral de potência mostraria a intensidade relativa da luz emitida em diferentes comprimentos de onda, centrada no pico de 650 nm. A meia-largura espectral de 20 nm indica a largura deste pico a metade da sua intensidade máxima, confirmando a natureza monocromática da luz vermelha.

5. Informação Mecânica e de Embalagem

A construção física do LTS-4801JD é definida para integração mecânica.

5.1 Dimensões e Desenho de Contorno

A embalagem tem uma altura de dígito de 0,39 polegadas (10,0 mm). O desenho dimensionado detalhado (referenciado na folha de dados) especifica o comprimento, largura e altura total da embalagem, as dimensões e espaçamento dos segmentos, o espaçamento e comprimento dos terminais (pinos), e a posição do ponto decimal do lado direito. Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,25mm, salvo indicação em contrário. Este desenho é essencial para criar a pegada na PCB e garantir um encaixe adequado dentro do invólucro.

5.2 Pinagem e Identificação de Polaridade

O dispositivo tem uma configuração de 10 pinos. Apresenta uma arquitetura de ânodo comum, o que significa que os ânodos de todos os segmentos de LED estão ligados internamente e saem para pinos específicos. A ligação dos pinos é a seguinte: Pino 3 e Pino 8 são Ânodos Comuns (e estão ligados internamente). Os cátodos para cada segmento estão em pinos individuais: Pino 1 (G), Pino 2 (F), Pino 4 (E), Pino 5 (D), Pino 6 (D.P. para ponto decimal), Pino 7 (C), Pino 9 (B), Pino 10 (A). A numeração dos pinos e a localização do pino 1 devem ser identificadas a partir do desenho mecânico. A descrição "Rt. Hand Decimal" confirma que o ponto decimal está localizado no lado direito do dígito.

5.3 Diagrama de Circuito Interno

O diagrama de circuito interno referenciado representa visualmente a configuração de ânodo comum. Mostraria um nó comum (o ânodo) ligado à alimentação positiva, com o LED de cada segmento (A a G, mais DP) tendo o seu cátodo ligado a um pino separado. Para iluminar um segmento, o seu pino de cátodo correspondente deve ser colocado em nível baixo (ligado ao terra através de uma resistência limitadora de corrente) enquanto o ânodo comum é mantido em nível alto.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

É necessário um manuseamento adequado para manter a integridade do dispositivo.

6.1 Parâmetros de Soldadura por Reflow

O parâmetro crítico fornecido é a temperatura máxima de soldadura: 260°C durante 3 segundos, medida a 0,116 polegadas (2,95mm) abaixo do plano de assentamento. Isto está alinhado com perfis típicos de reflow sem chumbo (por exemplo, IPC/JEDEC J-STD-020). Deve ser utilizado um perfil de reflow padrão com uma zona de pré-aquecimento, um aumento térmico rápido, uma zona de temperatura de pico não excedendo 260°C durante o tempo especificado, e uma zona de arrefecimento controlada. O perfil deve garantir que a temperatura nos terminais do pacote não exceda o máximo absoluto.

6.2 Precauções e Manuseamento

Devem ser observadas precauções padrão de ESD (Descarga Eletrostática) durante o manuseamento e montagem, uma vez que os chips LED são sensíveis à eletricidade estática. Evitar aplicar tensão mecânica aos terminais ou ao pacote de plástico. A limpeza após a soldadura deve utilizar métodos compatíveis com o material do pacote (provavelmente epóxi).

6.3 Condições de Armazenamento

O dispositivo deve ser armazenado dentro da gama de temperatura de armazenamento especificada de -35°C a +85°C. É aconselhável armazenar os componentes num ambiente de baixa humidade e em embalagem protetora contra ESD até estarem prontos para uso, para prevenir a absorção de humidade e danos eletrostáticos.

7. Recomendações de Aplicação

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O método de acionamento mais comum para um display de ânodo comum como o LTS-4801JD é a multiplexagem, especialmente quando são usados múltiplos dígitos. Um microcontrolador ou um CI dedicado de acionamento de display alimentaria sequencialmente o ânodo comum de cada dígito enquanto envia o padrão de cátodo para os segmentos que devem ser iluminados nesse dígito. Este método economiza pinos de I/O. Para uma aplicação de um único dígito, pode ser usado um acionamento estático mais simples: ligar os pinos de ânodo comum (3 & 8) à tensão de alimentação positiva (Vcc) através de uma resistência limitadora de corrente para todo o display, e ligar cada pino de cátodo (A-G, DP) a um pino de I/O do microcontrolador ou a um transistor de acionamento. Cada pino de I/O precisaria de uma resistência limitadora de corrente em série para o seu segmento respetivo.

7.2 Cálculo da Resistência Limitadora de Corrente

O valor da resistência limitadora de corrente é crítico. Pode ser calculado usando a Lei de Ohm: R = (Vcc - VF) / IF. Por exemplo, com um Vcc de 5V, um VF típico de 2,6V e um IF desejado de 20mA: R = (5V - 2,6V) / 0,020A = 120 Ohms. A potência nominal da resistência deve ser pelo menos P = (IF)^2 * R = (0,020)^2 * 120 = 0,048W, portanto uma resistência padrão de 1/8W (0,125W) ou 1/4W é suficiente.

7.3 Considerações de Projeto

Controlo de Brilho:O brilho pode ser ajustado variando a corrente direta (IF) dentro dos limites especificados, seja alterando o valor da resistência ou usando PWM (Modulação por Largura de Pulso) no sinal de acionamento. O PWM é altamente eficaz para dimerização.

Ângulo de Visão:O amplo ângulo de visão é benéfico, mas considere a direção de visualização primária ao posicionar o display no produto final.

Gestão Térmica:Embora a dissipação de potência seja baixa, garanta ventilação adequada se forem usados múltiplos displays ou se operar a altas temperaturas ambientes para prevenir degradação do brilho e prolongar a vida útil.

Melhoria de Contraste:A face cinzenta e os segmentos brancos proporcionam contraste inerente. Para uma legibilidade ótima, uma moldura de cor escura ou um filtro à volta do display pode melhorar ainda mais o contraste, especialmente sob luz ambiente intensa.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O LTS-4801JD diferencia-se principalmente através do uso da tecnologia AlInGaP e das suas características de desempenho específicas.

AlInGaP vs. Outras Tecnologias LED:Comparado com LEDs vermelhos tradicionais de GaAsP ou GaP, os LEDs de AlInGaP oferecem uma eficiência luminosa significativamente maior (mais saída de luz por unidade de potência elétrica), melhor estabilidade térmica e uma cor vermelha mais saturada, "hiper". Comparado com os mais recentes LEDs brancos de alta potência usados com filtros, este dispositivo é mais simples, requer eletrónica de acionamento menos complexa e oferece uma cor vermelha pura e eficiente diretamente.

Dentro dos Displays de Sete Segmentos:A sua altura de dígito de 0,39 polegadas coloca-o numa categoria de tamanho comum para instrumentos montados em painel. As principais vantagens competitivas listadas são os seus segmentos uniformes e contínuos (para um aspeto limpo), alto brilho e contraste, e categorização por intensidade luminosa (garantindo consistência). A baixa exigência de potência é também um benefício para dispositivos alimentados por bateria.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

Q1: Qual é o propósito de ter dois pinos de ânodo comum (Pino 3 e Pino 8)?

A1: Ter dois pinos para a ligação comum ajuda a distribuir a corrente total do ânodo, que é a soma das correntes de todos os segmentos iluminados. Isto reduz a densidade de corrente num único pino e traço da PCB, melhorando a fiabilidade. Eles estão ligados internamente, portanto apenas um precisa de ser ligado num circuito, mas é recomendado ligar ambos para o melhor desempenho.

Q2: Posso acionar este display diretamente a partir de um microcontrolador de 3,3V sem uma resistência limitadora de corrente?

A2: Não. Deve sempre usar uma resistência limitadora de corrente para cada segmento (ou uma fonte de corrente regulada). A tensão direta (VF) é tipicamente de 2,1V-2,6V. Ligar 3,3V diretamente ao LED através de um pino do microcontrolador tentaria conduzir uma corrente não controlada e potencialmente destrutiva através do LED, uma vez que a única resistência seria a resistência interna do pino do MCU e do LED, que é muito baixa.

Q3: O que significa "derating linear a partir de 25°C" para a corrente direta contínua?

A3: Significa que a corrente direta contínua máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta acima de 25°C. O fator de derating é de 0,33 mA/°C. Por exemplo, a 50°C (25°C acima da referência), a corrente máxima seria 25mA - (0,33 mA/°C * 25°C) = 25mA - 8,25mA = 16,75mA. Isto previne o sobreaquecimento e garante fiabilidade.

Q4: Como interpreto a relação de correspondência de intensidade luminosa de 2:1?

A4: Isto significa que, dentro de uma única unidade LTS-4801JD, o segmento menos brilhante não será menos de metade do brilho do segmento mais brilhante quando medido nas mesmas condições (IF=1mA). Isto garante uniformidade visual em todo o dígito.

10. Caso Prático de Projeto e Utilização

Caso: Projetar uma Leitura Simples de Voltímetro Digital

Um projetista está a criar um voltímetro digital compacto para exibir 0,0V a 19,9V. Eles precisam de um display claro e de baixo consumo. Selecionam o LTS-4801JD pelo seu alto brilho e tamanho de 0,39 polegadas, que é legível para o uso pretendido. São usados três displays para os três dígitos. O ADC do microcontrolador lê a tensão, converte-a num valor e aciona os displays através de um esquema de multiplexagem usando um array de transistores para os ânodos comuns e os pinos de I/O do MCU (com resistências em série) para os cátodos dos segmentos. O ponto decimal do lado direito no dígito do meio é usado para mostrar a casa dos décimos. A cor vermelha AlInGaP é escolhida pelo seu alto contraste contra um painel escuro. O projetista calcula os valores das resistências para um sistema de 5V para acionar cada segmento a ~15mA, proporcionando brilho amplo enquanto se mantém bem dentro da classificação contínua de 25mA à temperatura ambiente.

11. Introdução ao Princípio de Funcionamento

O LTS-4801JD funciona com base no princípio fundamental da eletroluminescência em materiais semicondutores. A estrutura do chip de AlInGaP forma uma junção p-n. Quando uma tensão direta que excede o limiar da junção (aproximadamente 1,8-2,0V) é aplicada, os eletrões da região tipo-n e as lacunas da região tipo-p são injetados na região ativa onde se recombinam. No AlInGaP, esta recombinação liberta energia principalmente na forma de fotões (luz) na gama de comprimentos de onda vermelhos (~650 nm). Cada um dos sete segmentos (A a G) e o ponto decimal (DP) contém um ou mais destes minúsculos chips LED embutidos no pacote. A configuração de ânodo comum simplifica o circuito de acionamento externo ao permitir que uma única fonte de tensão positiva alimente todos os segmentos, com controlo individual alcançado ao colocar o cátodo do segmento desejado ao terra.

12. Tendências Tecnológicas e Contexto

Displays LED de sete segmentos como o LTS-4801JD representam uma tecnologia de display madura e altamente otimizada. Embora tecnologias mais recentes como OLEDs de matriz de pontos ou LCDs TFT ofereçam maior flexibilidade (gráficos completos, múltiplas cores), os LEDs de sete segmentos mantêm fortes vantagens em nichos específicos: extrema simplicidade da eletrónica de acionamento, brilho e contraste muito altos, excelente legibilidade sob luz solar direta, ampla gama de temperaturas de operação e excecional fiabilidade a longo prazo sem retroiluminação para falhar. A tendência dentro deste segmento é para maior eficiência (mais lúmens por watt) usando materiais semicondutores avançados como o AlInGaP, como visto neste dispositivo, e para pacotes de montagem em superfície para montagem automatizada. Eles permanecem a solução ideal para aplicações onde um display numérico económico, robusto e altamente legível é o requisito principal.