Folha de Dados do Display LED LTC-4665JD - Altura do Dígito 0,39 Polegadas - Vermelho AlInGaP - Baixo Consumo - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTC-4665JD é um módulo de display alfanumérico compacto, de três dígitos e sete segmentos. A sua função principal é fornecer leituras numéricas e alfanuméricas limitadas, claras e brilhantes, em equipamentos eletrónicos. As principais áreas de aplicação incluem painéis de instrumentação, equipamentos de teste e medição, sistemas de controlo industrial e eletrónica de consumo onde é necessária uma indicação numérica fiável e de baixo consumo.

O posicionamento-chave do dispositivo reside no seu equilíbrio entre desempenho e eficiência. Foi concebido para aplicações onde o consumo de energia é uma restrição crítica de projeto, sem comprometer a legibilidade. O display oferece um excelente aspeto dos caracteres devido aos seus segmentos uniformes e contínuos, garantindo um visual coeso e profissional. O seu alto brilho e rácio de contraste tornam-no adequado para uso em várias condições de iluminação ambiente, desde ambientes pouco iluminados até áreas com luz ambiente significativa.

O mercado-alvo engloba tanto fabricantes industriais como comerciais de eletrónica. Os engenheiros de projeto que procuram uma solução de display fiável e de baixa manutenção para painéis de controlo, contadores, temporizadores ou indicadores de estado considerarão este componente adequado. A sua fiabilidade de estado sólido, resultante da tecnologia LED, torna-o preferível em relação a tecnologias mais antigas, como displays fluorescentes a vácuo ou incandescentes, em termos de longevidade e resistência a choques.

2. Análise Profunda dos Parâmetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas e Óticas

O desempenho ótico é central para a funcionalidade do display. O dispositivo utiliza chips de LED vermelho de alta eficiência de Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP). Este material semicondutor é conhecido pela sua alta eficácia luminosa no espectro vermelho/laranja/âmbar. Os chips são fabricados num substrato não transparente de Arsenieto de Gálio (GaAs), o que ajuda a direcionar a saída de luz para a frente e melhora o contraste, reduzindo as reflexões internas e a fuga de luz.

Intensidade Luminosa (I_V):A intensidade luminosa média por segmento é especificada com um mínimo de 200 µcd e um máximo de 650 µcd a uma corrente direta (I_F) de 1 mA. Este ponto de operação de baixa corrente é uma característica definidora, destacando a sua eficiência. O valor típico situa-se no meio desta gama, fornecendo brilho suficiente para a maioria das aplicações internas enquanto consome energia mínima.

Características do Comprimento de Onda:O comprimento de onda de emissão de pico (λ_p) é tipicamente 656 nm, colocando-o na porção vermelha brilhante do espectro visível. O comprimento de onda dominante (λ_d) é 640 nm. A diferença entre o comprimento de onda de pico e o dominante é influenciada pela forma espectral. A meia-largura da linha espectral (Δλ) é de 22 nm, indicando uma emissão de cor relativamente pura com propagação mínima para cores adjacentes, o que contribui para uma aparência vermelha saturada.

Rácio de Correspondência de Intensidade Luminosa (I_V-m):Este parâmetro, com um rácio máximo de 2:1, garante uniformidade em todo o display. Significa que o brilho do segmento mais fraco não será inferior a metade do brilho do segmento mais brilhante nas mesmas condições de acionamento (I_F=10mA). Isto é crucial para obter uma saída visual consistente e profissional, onde nenhum segmento parece visivelmente mais escuro do que outro.

2.2 Características Elétricas

Os parâmetros elétricos definem os limites operacionais e as condições para uma integração fiável num circuito.

Tensão Direta (V_F):Por segmento, a tensão direta varia tipicamente entre 2,1V e 2,6V a uma corrente de acionamento de 20 mA. Esta é uma gama padrão para LEDs AlInGaP. Os projetistas devem garantir que o circuito de acionamento pode fornecer esta tensão. Na baixa corrente recomendada de 1-10 mA, a V_Freal será ligeiramente inferior, seguindo a curva I-V do díodo.

Corrente Reversa (I_R):A corrente reversa máxima por segmento é de 10 µA a uma tensão reversa (V_R) de 5V. Esta é uma especificação de fuga, importante para garantir que o display não conduza significativamente se for aplicada polaridade inversa acidentalmente, embora tal evento deva ser evitado no projeto.

2.3 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente. Não é aconselhável operar o dispositivo continuamente nestes limites.

• Dissipação de Potência por Segmento:70 mW. Isto limita a combinação máxima de corrente direta e queda de tensão num segmento.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:100 mA, mas apenas em condições pulsadas (ciclo de trabalho 1/10, largura de pulso 0,1 ms). Isto permite breves períodos de multiplexagem de alta intensidade.
• Corrente Direta Contínua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta especificação reduz linearmente a 0,33 mA/°C à medida que a temperatura ambiente (T_a) aumenta acima de 25°C. Por exemplo, a 85°C, a corrente contínua máxima permitida seria aproximadamente: 25 mA - ((85-25) * 0,33 mA) ≈ 5,2 mA.
• Tensão Reversa por Segmento:5 V.
• Gama de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C. Esta ampla gama torna-o adequado para ambientes industriais e automóveis (áreas não críticas).
• Temperatura de Soldadura:Máximo de 260°C durante no máximo 3 segundos, medido 1,6mm abaixo do plano de assento. Esta é uma diretriz padrão para o perfil de soldadura por refluxo.

3. Explicação do Sistema de Binning

A folha de dados indica que o dispositivo é"Categorizado por Intensidade Luminosa."Isto implica um processo de binning ou triagem baseado na saída de luz medida. Embora os detalhes específicos dos códigos de bin não sejam fornecidos neste excerto, a prática típica envolve testar cada unidade a uma corrente padrão (por exemplo, 10 mA ou 20 mA) e agrupá-las em bins com base na sua intensidade luminosa medida (por exemplo, Bin A: 450-550 µcd, Bin B: 550-650 µcd). Isto permite aos fabricantes adquirir displays com níveis de brilho mínimo garantidos para a sua aplicação, assegurando consistência entre as séries de produção. O rácio de correspondência de intensidade 2:1 é uma especificação separada, mas relacionada, que se aplica dentro de um único dispositivo.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Embora os gráficos específicos não sejam detalhados no texto fornecido, as curvas típicas para tal dispositivo incluiriam:

• Curva I-V (Corrente-Tensão):Mostraria a relação exponencial típica de um díodo. Nas baixas correntes de operação recomendadas (1-10 mA), a curva está na sua região de subida íngreme, o que significa que pequenas alterações na tensão causam grandes alterações na corrente. Portanto, o acionamento por corrente constante é altamente recomendado em vez do acionamento por tensão constante para um brilho estável e uniforme.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (I_Vvs. I_F):Esta curva é geralmente linear numa ampla gama de correntes. A eficiência (lúmens por watt ou µcd/mA) pode ser mais alta em correntes mais baixas e diminuir gradualmente em correntes muito altas devido a efeitos térmicos e de queda de eficiência.
• Tensão Direta vs. Temperatura:A tensão direta de um LED tem um coeficiente de temperatura negativo, o que significa que diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta é uma consideração importante para os circuitos de acionamento, especialmente aqueles que usam fontes de tensão ou resistências simples.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura:A saída de luz tipicamente diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. A taxa desta diminuição é um parâmetro-chave de fiabilidade.

5. Informação Mecânica e de Embalagem

O display tem uma altura de dígito de 0,39 polegadas (10,0 mm). A embalagem é um formato padrão de módulo de display LED. As dimensões físicas são fornecidas num desenho detalhado com todas as medidas críticas em milímetros. As tolerâncias nestas dimensões são tipicamente ±0,25 mm, salvo indicação em contrário. O dispositivo apresenta uma"face cinzenta e segmentos brancos,"o que se refere à cor da carcaça de plástico (cinzenta) e do material difusor que forma as formas dos segmentos (branco). Os segmentos brancos ajudam a dispersar e difundir a luz vermelha do chip LED subjacente, criando uma aparência de segmento iluminado uniforme contra o fundo cinzento não iluminado para um alto contraste.

6. Ligação dos Pinos e Circuito Interno

O LTC-4665JD está configurado como um displayDuplex de Ânodo Comumcom um ponto decimalà Direita.Esta é uma informação crítica para o projetista do circuito.

• Ânodo Comum:Isto significa que os ânodos (terminais positivos) dos LEDs para cada dígito estão ligados internamente. Para iluminar um segmento, o seu pino de cátodo correspondente deve ser colocado em nível baixo (ligado à terra) enquanto o ânodo comum para esse dígito é colocado em nível alto (fornecido com tensão/corrente positiva).
• Arranjo Duplex:O diagrama de pinos mostra pinos de cátodo partilhados para os dígitos 2 e 3 para os segmentos A, C, D, E, F e G. O dígito 1 tem alguns pinos de cátodo independentes (B, C). Este arranjo de multiplexagem reduz o número total de pinos necessários para controlar três dígitos de 24 (8 segmentos x 3 dígitos) para 11. Requer multiplexagem por divisão de tempo no circuito de acionamento, onde cada dígito é iluminado um de cada vez em rápida sucessão, contando com a persistência da visão para fazer com que todos os dígitos pareçam continuamente acesos.
• Funções dos Pinoss:A tabela fornecida lista a função específica para cada um dos 11 pinos, incluindo os ânodos comuns para o dígito 3 (pino 7) e para os dígitos 1 e 2 (partilhados no pino 11), e várias ligações de cátodo para segmentos específicos entre os dígitos.

7. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A diretriz principal fornecida é o perfil de temperatura de soldadura: uma temperatura de pico máxima de 260°C durante não mais de 3 segundos, medida 1,6mm abaixo do plano de assento (tipicamente a superfície da PCB). Isto é compatível com os processos padrão de soldadura por refluxo sem chumbo (por exemplo, usando solda SAC305).

Manuseamento e Armazenamento Geral:Embora não seja explicitamente declarado, devem ser observadas as precauções padrão contra ESD (Descarga Eletrostática) durante o manuseamento, uma vez que os LEDs são dispositivos semicondutores suscetíveis a danos por estática. O armazenamento deve estar dentro das gamas de temperatura e humidade especificadas para evitar a absorção de humidade, que pode causar "popcorning" durante o refluxo.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O método de acionamento mais comum é oacionamento multiplexado por corrente constante.Será utilizado um microcontrolador ou um CI dedicado de acionamento de display. O processo envolve:

1. Ativar o ânodo comum para o Dígito 1 (fornecendo corrente através de um transistor ou pino de acionamento).
2. Colocar as linhas de cátodo para os segmentos que precisam de estar LIGADOS no Dígito 1 num estado baixo (absorvendo corrente).
3. Manter este estado por um curto período (por exemplo, 1-5 ms).
4. Desligar o ânodo do Dígito 1 e os cátodos dos segmentos.
5. Repetir os passos 1-4 para o Dígito 2, depois para o Dígito 3, e ciclar continuamente.

A corrente média por segmento é a corrente de pico multiplicada pelo ciclo de trabalho (tempo em que o dígito está ativo). Por exemplo, para alcançar uma I_Fmédia de 5 mA com um ciclo de trabalho de 1/3 (típico para multiplexagem de 3 dígitos), a corrente de pico durante o seu tempo ativo precisaria de ser 15 mA. Isto deve ser verificado em relação à especificação máxima de corrente contínua, reduzida para a temperatura.

8.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Utilize sempre resistências em série ou, preferencialmente, drivers/sinks de corrente constante para controlar a corrente do segmento. Isto compensa as variações na tensão direta e garante um brilho consistente.
• Frequência de Multiplexagem:A taxa de atualização deve ser suficientemente alta para evitar cintilação visível, tipicamente acima de 60 Hz para todo o display (portanto, cada dígito atualizado a >180 Hz).
• Ângulo de Visão:O amplo ângulo de visão é benéfico, mas considere o invólucro final. Uma moldura profunda ou uma janela colorida podem afetar o brilho percebido e o ângulo.
• Sequenciamento de Energia:Garanta que nenhum pino seja sujeito a tensões fora das especificações máximas absolutas durante a ligação ou desligamento do sistema.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Os principais diferenciadores do LTC-4665JD são:

• Tecnologia do Material (AlInGaP):Comparado com LEDs mais antigos de GaAsP ou GaP, o AlInGaP oferece uma eficiência luminosa significativamente maior, resultando numa saída mais brilhante à mesma corrente ou brilho equivalente a uma corrente muito mais baixa.
• Operação a Baixa Corrente:A sua caracterização e teste para excelente desempenho a baixa corrente (até 1 mA/segmento) é uma vantagem-chave para aplicações alimentadas por bateria ou sensíveis à energia. Nem todos os displays de sete segmentos mantêm uma boa correspondência de intensidade e aparência a correntes tão baixas.
• Embalagem de Alto Contraste:O design de face cinzenta/segmentos brancos é otimizado para contraste, o que pode ser superior a embalagens totalmente vermelhas ou verdes, especialmente sob alta luz ambiente.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

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

R: Não, não diretamente para o acionamento de segmentos. A tensão direta é de ~2,4V, e uma resistência em série é obrigatória para limitar a corrente. Para o acionamento de ânodo comum, usaria um transistor PNP ou um driver de lado alto para fornecer corrente ao ânodo, controlado pelo MCU. Os cátodos podem ser ligados aos pinos do MCU através de resistências limitadoras de corrente se o MCU puder absorver a corrente de pico necessária.

P: Qual é o propósito da configuração de pinos "Duplex"?

R: Minimiza a contagem de pinos da embalagem do display, tornando-o fisicamente mais pequeno e mais barato de fabricar. Requer um circuito de acionamento multiplexado, o que é uma prática padrão para displays multi-dígitos.

P: Como consigo um brilho uniforme em todos os três dígitos?

R: Garanta que o ciclo de trabalho de multiplexagem é igual para cada dígito. As ligações de cátodo partilhadas para os Dígitos 2 e 3 significam que as suas características elétricas estão estreitamente correspondidas. O Dígito 1, com alguns pinos independentes, pode ter ligeiras variações, mas a especificação do rácio de correspondência de intensidade garante que estará dentro de uma gama aceitável se for acionado corretamente.

P: É necessário um dissipador de calor?

R: Para operação contínua à corrente máxima especificada (25 mA/segmento) a temperaturas ambientes elevadas, é necessário um projeto térmico cuidadoso da PCB (usando almofadas de alívio térmico, possivelmente um plano de terra). Para a operação típica a baixa corrente (1-10 mA média), não é necessário nenhum dissipador de calor especial.

11. Estudo de Caso de Projeto Prático

Cenário:Projetar um voltímetro portátil e alimentado por bateria de 3 dígitos com um microcontrolador.

Implementação:O microcontrolador executa um ADC para medir a tensão, converte o valor para três dígitos e aciona o LTC-4665JD. Um expansor de portas dedicado ou pinos GPIO controlam as 11 linhas do display. O projeto usa drivers de sink de corrente constante (por exemplo, um array de transistores como o ULN2003) para as linhas de cátodo para garantir corrente estável independentemente das variações de V_F. Os ânodos comuns são acionados por transistores PNP. A rotina de multiplexagem é executada numa interrupção de temporizador a 200 Hz por dígito (600 Hz de atualização total). Para conservar energia, a corrente do segmento é definida através do circuito limitador de corrente para 2 mA média. Com um ciclo de trabalho de 1/3, a corrente de pico é de 6 mA, bem dentro das especificações. A face cinzenta proporciona excelente contraste contra o invólucro escuro do instrumento, e o vermelho AlInGaP é facilmente visível. O baixo consumo de corrente estende significativamente a vida útil da bateria em comparação com o uso de um display classificado para correntes mais altas.

12. Introdução ao Princípio Tecnológico

A tecnologia central é o díodo emissor de luz AlInGaP. Quando uma tensão direta é aplicada através da junção P-N deste material semicondutor, os eletrões e as lacunas recombinam-se na região ativa, libertando energia na forma de fotões (luz). A composição específica de alumínio, índio, gálio e fosfeto determina a energia da banda proibida, que está diretamente correlacionada com o comprimento de onda (cor) da luz emitida. O uso de um substrato GaAs não transparente ajuda a absorver fotões dispersos que de outra forma seriam emitidos lateralmente ou para trás, melhorando a eficiência global de extração de luz para a frente e o contraste. Os chips de LED individuais são ligados por fios e encapsulados dentro da embalagem de plástico, que forma os sete segmentos. O material difusor branco sobre cada chip espalha uniformemente a luz de fonte pontual por toda a área do segmento.

13. Tendências Tecnológicas

Embora este dispositivo específico use uma tecnologia bem estabelecida, as tendências mais amplas na tecnologia de display incluem:

• Aumento da Eficiência:A investigação contínua em materiais semicondutores (como AlInGaP melhorado ou materiais emergentes para outras cores) continua a aumentar a métrica de lúmens por watt, permitindo displays mais brilhantes ou menor consumo de energia.
• Integração:As tendências movem-se para displays com CIs de acionamento integrados ("displays inteligentes") que comunicam através de interfaces seriais (I2C, SPI), simplificando o projeto do controlador principal e reduzindo a fiação.
• Miniaturização e Resolução:Para os tipos de sete segmentos, a tendência é para alturas de dígito mais pequenas para painéis de informação mais densos ou integração em dispositivos mais pequenos, mantendo a legibilidade.
• Opções de Cor:Embora este seja um display vermelho, matrizes de LED programáveis a cores completas e displays de segmentos estão a tornar-se mais comuns para uma apresentação de informação mais dinâmica, embora muitas vezes a um custo e complexidade superiores aos dispositivos monocromáticos como o LTC-4665JD.

O LTC-4665JD representa uma solução madura e otimizada para aplicações onde um display numérico vermelho, fiável e de baixo consumo é o requisito principal.