Hoja de Datos del Display LED LTC-2621JG - Altura de Dígito 0.28 Pulgadas - Color Verde - Voltaje Directo 2.6V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTC-2621JG es un módulo de visualización numérica compacto y de alto rendimiento para tres dígitos, diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y brillantes. Su función principal es representar visualmente tres dígitos de datos numéricos utilizando tecnología LED de estado sólido. La tecnología central empleada es la de capas epitaxiales de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) crecidas sobre un sustrato de GaAs, específicamente diseñadas para producir emisión de luz verde de alta eficiencia. Este sistema de material se elige por su eficiencia luminosa y pureza de color superiores en comparación con tecnologías más antiguas como el GaP estándar, lo que resulta en un brillo excelente y una apariencia de carácter uniforme incluso con corrientes de excitación más bajas. El dispositivo se clasifica como una pantalla de ánodo común multiplexado, lo que significa que todos los ánodos de cada dígito están conectados internamente, permitiendo un control eficiente de múltiples dígitos con un número reducido de pines de E/S del microcontrolador mediante multiplexación por división de tiempo.

1.1 Características y Ventajas Clave

La pantalla ofrece varias ventajas distintivas que la hacen adecuada para una amplia gama de aplicaciones industriales, de consumo e instrumentación.

• Rendimiento Óptico:Presenta una altura de dígito de 0.28 pulgadas (7.0 mm) con segmentos continuos y uniformes, eliminando huecos para una apariencia limpia y profesional. La combinación de alto brillo y alto contraste garantiza una excelente legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación ambiental. Un amplio ángulo de visión permite leer la pantalla claramente desde posiciones fuera del eje.
• Eficiencia Eléctrica:El dispositivo tiene requisitos de potencia bajos, contribuyendo a un diseño de sistema energéticamente eficiente. El uso de la tecnología AlInGaP proporciona una alta intensidad luminosa con una corriente directa relativamente baja.
• Fiabilidad y Consistencia:Como dispositivo de estado sólido, ofrece una alta fiabilidad sin partes móviles y resistencia a golpes y vibraciones. Las unidades están categorizadas por intensidad luminosa, asegurando niveles de brillo consistentes entre diferentes pantallas, lo cual es crítico para productos con múltiples unidades.
• Cumplimiento Ambiental:El encapsulado está libre de plomo, cumpliendo con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas), lo que lo hace adecuado para su uso en productos vendidos en mercados con estrictas regulaciones ambientales.

1.2 Descripción Física

La pantalla tiene una placa frontal gris, que ayuda a absorber la luz ambiental y mejorar el contraste. Los segmentos en sí emiten una luz de color blanco cuando se alimentan, que brilla a través de la cara gris para crear los caracteres visibles. Esta combinación se elige para una legibilidad óptima. El dispositivo es una pantalla de tres dígitos, lo que significa que puede mostrar números del 000 al 999.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros eléctricos, ópticos y térmicos especificados en la hoja de datos. Comprender estos límites y características es esencial para un diseño de circuito fiable.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o más allá de estos límites y debe evitarse.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la potencia máxima que puede disiparse de forma segura como calor por un solo segmento LED. Exceder esto puede provocar sobrecalentamiento y reducir la vida útil o causar fallos.
• Corriente Directa Pico por Segmento:60 mA (a 1 kHz, ciclo de trabajo del 25%). Esta es la corriente instantánea máxima que un segmento puede manejar en condiciones pulsadas. Para operación continua en CC, la corriente directa continua nominal es el factor limitante.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta corriente debe reducirse linealmente en 0.28 mA/°C a medida que la temperatura ambiente (Ta) supera los 25°C. Por ejemplo, a 85°C, la corriente continua máxima permitida sería: 25 mA - [0.28 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 25 mA - 16.8 mA =8.2 mA.
• Voltaje Inverso por Segmento:5 V. Aplicar un voltaje de polarización inversa mayor que este puede causar ruptura y dañar la unión LED.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para funcionar y almacenarse dentro de este amplio rango de temperatura, lo que lo hace adecuado para entornos hostiles.
• Condición de Soldadura:260°C durante 3 segundos, con la punta del soldador al menos 1/16 de pulgada (aprox. 1.6 mm) por debajo del plano de asiento del componente. Esta es una directriz estándar del perfil de reflujo sin plomo para prevenir daños térmicos durante el montaje.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas (Ta=25°C)

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos bajo condiciones de prueba especificadas. Los diseñadores deben usar estos valores para los cálculos del circuito.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):320 μcd (Mín), 692 μcd (Típ) a I_F= 1 mA. Esta es una medida de la salida de luz. El amplio rango indica que se utiliza un sistema de clasificación (binning); los diseñadores deben tener en cuenta el valor mínimo para garantizar un brillo suficiente en todas las unidades.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):571 nm (Típ) a I_F= 20 mA. Esta es la longitud de onda a la que el LED emite la mayor potencia óptica, en la región verde del espectro.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):15 nm (Típ). Esto indica la pureza espectral; un ancho más estrecho significa un color verde más puro y saturado.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):572 nm (Típ). Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano, que coincide estrechamente con la longitud de onda pico para este LED verde.
• Voltaje Directo por Segmento (V_F):2.05 V (Mín), 2.6 V (Típ) a I_F= 20 mA. Esta es la caída de voltaje a través del LED cuando conduce. El valor de la resistencia limitadora de corriente debe calcularse utilizando el V_Fmáximo para garantizar la corriente mínima requerida.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):100 μA (Máx) a V_R= 5 V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el LED está polarizado inversamente dentro de su límite máximo.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa:2:1 (Máx). Esto especifica que la diferencia de brillo entre dos segmentos cualesquiera dentro del "área de luz similar" (típicamente dentro de un dígito o entre dígitos) no excederá un factor de dos. Esto asegura uniformidad visual.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos establece explícitamente que el dispositivo está "categorizado por intensidad luminosa". Esto se refiere a un proceso de clasificación posterior a la producción.

• Clasificación por Intensidad Luminosa:Después de la fabricación, los LED se prueban y clasifican (binning) según su salida de luz medida a una corriente de prueba estándar (1 mA en este caso). El LTC-2621JG tiene un mínimo especificado de 320 μcd y un valor típico de 692 μcd. Las unidades se agrupan en lotes con rangos de intensidad más estrechos (ej., 320-400 μcd, 400-500 μcd, etc.). Esto permite a los clientes seleccionar un lote para obtener un brillo consistente en múltiples pantallas dentro de un producto. La hoja de datos proporciona el rango general; los códigos de lote específicos estarían típicamente disponibles del fabricante para pedidos.
• Voltaje Directo:Aunque no se menciona explícitamente como clasificado, el rango proporcionado (2.05V a 2.6V) indica una variación natural. Para diseños donde el consumo de energía o el diseño del circuito controlador son críticos, puede ser necesario consultar al fabricante por lotes de voltaje.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a "Curvas Típicas de Características Eléctricas/Ópticas". Aunque los gráficos específicos no se proporcionan en el texto, podemos inferir su contenido estándar e importancia.

• Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa (Curva I_V/ I_F):Este gráfico mostraría cómo aumenta la salida de luz con la corriente de excitación. Típicamente es no lineal, con la eficiencia (salida de luz por mA) a menudo disminuyendo a corrientes muy altas. Esta curva ayuda a los diseñadores a elegir una corriente de operación que equilibre brillo y eficiencia.
• Voltaje Directo vs. Corriente Directa (Curva V_F/ I_F):Esto muestra la característica exponencial I-V del diodo LED. Es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva ilustra cómo disminuye la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de la unión. Es vital para aplicaciones que operan a altas temperaturas ambientales o altas corrientes de excitación, ya que puede requerir reducción de especificaciones (de-rating) o disipación de calor.
• Distribución Espectral:Un gráfico que muestra la potencia óptica relativa a través de las longitudes de onda, centrado alrededor de 571-572 nm con un ancho medio de ~15 nm, confirmando la emisión de color verde.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones y Dibujo del Encapsulado

El dispositivo utiliza un formato de encapsulado dual en línea (DIP) estándar adecuado para montaje en PCB con orificios pasantes. Las notas dimensionales clave son: todas las dimensiones están en milímetros, y la tolerancia general es de ±0.25 mm (aproximadamente ±0.01 pulgadas) a menos que una característica específica tenga una indicación diferente. Los diseñadores deben consultar el dibujo mecánico detallado (no completamente detallado en el texto proporcionado) para el espaciado exacto de orificios, diámetro de pines, ancho del cuerpo, altura y espaciado de dígitos para crear huellas de PCB precisas y garantizar un ajuste adecuado dentro de la carcasa.

5.2 Conexión de Pines y Circuito Interno

La pantalla tiene 16 posiciones de pines, aunque no todas están ocupadas con pines físicos (los Pines 10, 11 y 14 se listan como "SIN PIN"). El Pin 9 es "SIN CONEXIÓN". El diagrama del circuito interno muestra una configuración de ánodo común multiplexado.

• Ánodos Comunes:Los pines 2, 5, 8 y 13 son pines de ánodo común. El Pin 2 controla el Dígito 1, el Pin 5 controla el Dígito 2 y el Pin 8 controla el Dígito 3. El Pin 13 es un ánodo común para los tres LED indicadores de dos puntos (L1, L2, L3).
• Cátodos de Segmento:Los otros pines son cátodos para segmentos específicos (A, B, C, D, E, F, G, DP) e indicadores. Por ejemplo, para encender el segmento 'A' en el Dígito 1, el circuito debe conectar el cátodo del segmento A (Pin 15) a tierra mientras aplica un voltaje positivo al ánodo del Dígito 1 (Pin 2).
• Punto Decimal a la Derecha:La descripción señala "Punto Decimal Derecho", y el Pin 3 es el cátodo para D.P. (punto decimal), indicando que el punto decimal está ubicado a la derecha de los tres dígitos.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

Cumplir con las condiciones de soldadura especificadas es crítico para la fiabilidad a largo plazo.

• Soldadura Manual:Si es necesaria la soldadura manual, la directriz es aplicar un soldador a 260°C durante un máximo de 3 segundos por pin. La punta del soldador debe posicionarse al menos 1.6 mm por debajo del plano de asiento del cuerpo de la pantalla para evitar que el calor excesivo suba por los pines y dañe la resina epoxi interna o las conexiones de alambre.
• Soldadura por Ola o Reflujo:Para procesos automatizados, un perfil de temperatura estándar sin plomo con un pico de 260°C es adecuado. El rango de temperatura de almacenamiento y operación del dispositivo (-35°C a +85°C) indica que puede soportar ciclos térmicos típicos de reflujo SMT, aunque el encapsulado con orificios pasantes sugiere que la soldadura por ola es el método principal previsto.
• Condiciones de Almacenamiento:Los dispositivos deben almacenarse en sus bolsas originales con barrera de humedad en un entorno dentro del rango de temperatura de almacenamiento (-35°C a +85°C) y con baja humedad para prevenir la oxidación de los terminales.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El LTC-2621JG es ideal para cualquier sistema embebido que requiera una pantalla numérica clara, fiable y de bajo consumo.

• Equipos de Prueba y Medición:Multímetros, contadores de frecuencia, fuentes de alimentación, lecturas de sensores.
• Controles Industriales:Medidores de panel para temperatura, presión, RPM, pantallas de conteo en maquinaria.
• Electrodomésticos:Hornos microondas, relojes digitales, sintonizadores de equipos de audio, básculas de baño.
• Mercado de Accesorios Automotrices:Instrumentos y pantallas para sistemas auxiliares (voltaje, temperatura).

7.2 Consideraciones de Diseño y Circuito Controlador

Diseñar con esta pantalla requiere atención específica a la metodología de excitación.

• Controlador Multiplexado:Un microcontrolador debe activar secuencialmente el ánodo común de cada dígito (Pines 2, 5, 8) a una alta frecuencia de refresco (típicamente >100 Hz) mientras envía el patrón de cátodos de segmento correspondiente para ese dígito. Esta persistencia de la visión crea la ilusión de que todos los dígitos están encendidos simultáneamente. El ánodo de los dos puntos (Pin 13) puede manejarse por separado o incluirse en la secuencia de multiplexación.
• Limitación de Corriente:Cada línea de cátodo de segmento debe tener una resistencia limitadora de corriente en serie. El valor de la resistencia se calcula usando R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Use el V_Fmáximo (2.6V) de la hoja de datos para asegurar que siempre se logre la I_Fmínima deseada. Por ejemplo, con una alimentación de 5V y una I_Fobjetivo de 10 mA: R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ω. Una resistencia estándar de 220 Ω o 270 Ω sería apropiada.
• Disipación de Potencia:Asegúrese de que la potencia por segmento (V_F* I_F) no exceda los 70 mW, y reduzca la corriente continua a altas temperaturas ambientales como se describe en la sección 2.1.
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión permite flexibilidad en la posición de montaje relativa al usuario.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con otras tecnologías de visualización y tipos de LED más antiguos, el LTC-2621JG ofrece ventajas específicas.

• vs. LED Verdes GaP Estándar:La tecnología AlInGaP proporciona una eficiencia luminosa significativamente mayor, resultando en pantallas más brillantes con la misma corriente o brillo equivalente con menor potencia. El color también es un verde más vívido y puro.
• vs. Pantallas LCD:Los LED son emisivos, lo que significa que producen su propia luz, ofreciendo un brillo y legibilidad superiores en condiciones de poca luz o luz solar directa sin necesidad de retroiluminación. También tienen un tiempo de respuesta mucho más rápido y un rango de temperatura de operación más amplio. La contrapartida es generalmente un mayor consumo de energía cuando se muestran muchos segmentos.
• vs. Pantallas con Dígitos Más Grandes o Más Pequeños:La altura de 0.28 pulgadas ofrece un buen equilibrio entre visibilidad y consumo de espacio en la placa, situándose entre indicadores más pequeños y medidores de panel más grandes.
• vs. Pantallas sin Clasificación (Binning):La categorización por intensidad luminosa es un diferenciador clave para aplicaciones que requieren consistencia visual entre múltiples unidades, como en una línea de productos o un panel de control con varias lecturas idénticas.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Cuál es el propósito de los pines "SIN PIN" y "SIN CONEXIÓN"?

R1: "SIN PIN" significa que el pin físico se omite del encapsulado, dejando un hueco en la fila de pines. "SIN CONEXIÓN" (Pin 9) significa que existe un pin físico pero no está conectado eléctricamente a nada dentro de la pantalla. Estos a menudo se incluyen para estandarizar la huella del encapsulado con otras pantallas de la misma familia que pueden usar esos pines.

P2: ¿Cómo calculo la resistencia limitadora de corriente apropiada?

R2: Use la fórmula R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Siempre use el valormáximo V_Fde la hoja de datos (2.6V) en su cálculo para garantizar que fluya la corriente mínima deseada bajo todas las condiciones. Elija un valor de resistencia estándar igual o ligeramente inferior a su valor calculado.

P3: ¿Puedo excitar esta pantalla con una corriente continua constante sin multiplexación?

R3: Técnicamente sí, pero es altamente ineficiente. Necesitaría conectar los tres ánodos de dígitos juntos y suministrar corriente a cada cátodo de segmento continuamente. Esto consumiría 3 veces la corriente (para tres dígitos idénticos) en comparación con un diseño multiplexado y probablemente excedería las corrientes continuas máximas nominales si todos los segmentos estuvieran encendidos. La multiplexación es el método previsto y óptimo.

P4: ¿Qué significa "relación de coincidencia de intensidad luminosa 2:1" en la práctica?

R4: Significa que dentro de un "área de luz similar" definida (probablemente dentro de una pantalla), el segmento más tenue no será menos de la mitad de brillante que el segmento más brillante. Esto asegura que el número "8" (todos los segmentos encendidos) se vea uniforme, sin que algunos segmentos sean notablemente más tenues que otros.

10. Caso de Estudio de Diseño y Uso

Escenario: Diseño de una Lectura de Voltímetro Digital

Un diseñador está creando un voltímetro de CC de 0-30V. El ADC del microcontrolador lee el voltaje, lo convierte en un valor entre 0.00 y 30.00, y necesita mostrarlo en tres dígitos y un punto decimal (mostrando décimas de voltio, ej., "12.3").

1. Interfaz de Hardware:El diseñador utiliza 4 pines del microcontrolador configurados como salidas digitales para controlar los tres ánodos de dígitos (Pines 2,5,8) y el ánodo de los dos puntos/punto decimal (Pin 13). Otros 8 pines se configuran como salidas digitales (o usan un registro de desplazamiento) para controlar los cátodos de segmento (A-G, DP).
2. Rutina de Software:El firmware ejecuta una interrupción de temporizador a 500 Hz. En cada ciclo de interrupción:
   
   - Apagar todos los pines de ánodo.
   
   - Enviar el patrón de segmentos para el Dígito 1 (el lugar de las centenas) a los pines de cátodo.
   
   - Encender el pin de ánodo para el Dígito 1 (Pin 2).
   
   - Esperar un breve retardo.
   
   - Repetir para el Dígito 2 (lugar de las decenas, Pin 5) y el Dígito 3 (lugar de las unidades, Pin 8), incluyendo el cátodo del punto decimal (Pin 3) cuando el Dígito 2 esté activo.
3. Cálculo de Corriente:Apuntando a una corriente de segmento de 5 mA para un buen brillo y bajo consumo, usando una alimentación de 5V: R = (5V - 2.6V) / 0.005A = 480 Ω. Se coloca una resistencia de 470 Ω en serie con cada una de las 8 líneas de cátodo de segmento.
4. Resultado:La pantalla muestra una lectura de voltaje de 3 dígitos estable y brillante con un punto decimal, consumiendo un mínimo de E/S del microcontrolador y energía.

11. Introducción al Principio Técnico

El principio de funcionamiento central se basa en la electroluminiscencia en una unión PN de semiconductor. En el sistema de material AlInGaP, cuando se aplica un voltaje directo que excede el potencial incorporado de la unión (aproximadamente 2V), los electrones de la región tipo N y los huecos de la región tipo P se inyectan a través de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan en la región activa (los pozos cuánticos de la capa epitaxial de AlInGaP), liberan energía en forma de fotones (partículas de luz). La composición específica de los átomos de Aluminio, Indio, Galio y Fósforo determina la energía de la banda prohibida del semiconductor, lo que dicta directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida. Para el LTC-2621JG, esta composición está ajustada para producir fotones con una longitud de onda alrededor de 572 nm, que el ojo humano percibe como luz verde. La placa frontal gris actúa como un filtro que mejora el contraste, absorbiendo la luz ambiental para que los segmentos verdes emitidos aparezcan más brillantes y nítidos.

12. Tendencias y Contexto Tecnológico

Pantallas como el LTC-2621JG representan un segmento maduro y altamente optimizado de la optoelectrónica. La tendencia en este tipo de pantallas indicadoras ha sido hacia una mayor eficiencia (más luz por vatio), una consistencia mejorada mediante clasificación avanzada (binning) y el cumplimiento de regulaciones ambientales (sin plomo, sin halógenos). Si bien tecnologías más nuevas como los OLED ofrecen flexibilidad y alto contraste, las pantallas LED segmentadas tradicionales mantienen posiciones fuertes en aplicaciones que requieren alto brillo, extrema fiabilidad, amplio rango de temperatura de operación y bajo costo por dígito. El cambio de GaP:N más antiguo a AlInGaP fue un paso significativo en el rendimiento de los LED verdes y amarillos. Los desarrollos futuros pueden centrarse en mayores ganancias de eficiencia e integración, como pantallas con controladores incorporados o interfaces serie (como I2C o SPI), reduciendo la sobrecarga del microcontrolador requerida para la multiplexación. Sin embargo, la pantalla básica con orificios pasantes, ánodo común multiplexado sigue siendo un componente fundamental y ampliamente utilizado debido a su simplicidad, robustez y capacidad de interfaz directa con microcontroladores de propósito general.