Hoja de Datos del Display LED LTS-3861JR - Altura de Dígito 0.3 Pulgadas - Voltaje Directo 2.6V - Color Rojo Super - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-3861JR es un módulo de display LED de un dígito y 7 segmentos, diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y brillantes. Su función principal es representar visualmente caracteres numéricos (0-9) y algunos símbolos alfanuméricos limitados mediante la iluminación selectiva de sus siete segmentos individuales y un punto decimal opcional.

La tecnología central utiliza material semiconductor de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para los chips LED. Este sistema de material es conocido por producir LEDs rojos y ámbar de alta eficiencia. Los chips se fabrican sobre un sustrato no transparente de GaAs (Arseniuro de Galio), lo que ayuda a mejorar el contraste al minimizar la dispersión y reflexión interna de la luz. El dispositivo presenta una pantalla frontal gris y color de segmento blanco, lo que realza el contraste y la legibilidad de los segmentos rojos iluminados contra el fondo.

El display está categorizado por intensidad luminosa, lo que significa que las unidades se clasifican o prueban para garantizar que cumplen criterios específicos de brillo, proporcionando consistencia en el rendimiento para los lotes de producción.

1.1 Características y Ventajas Clave

• Tamaño Compacto:Presenta una altura de dígito de 0.3 pulgadas (7.62 mm), lo que lo hace adecuado para paneles y dispositivos con espacio limitado.
• Calidad Óptica:Ofrece segmentos uniformes y continuos para una apariencia de carácter suave y profesional, sin huecos o irregularidades.
• Alto Rendimiento:Proporciona alto brillo y alto contraste, garantizando una excelente visibilidad.
• Amplio Ángulo de Visión:Ofrece una legibilidad clara desde una amplia gama de perspectivas.
• Bajo Consumo de Energía:Diseñado con bajos requisitos de potencia, haciéndolo energéticamente eficiente.
• Fiabilidad:Se beneficia de la fiabilidad del estado sólido sin partes móviles, lo que conduce a una larga vida operativa.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se recomienda operar fuera de estos límites.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW máximo. Esta es la potencia máxima que puede disiparse de forma segura como calor por un solo segmento LED.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:90 mA máximo. Esto solo está permitido en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms) para evitar el sobrecalentamiento.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA máximo a 25°C. Esta corriente debe reducirse linealmente en 0.33 mA/°C a medida que la temperatura ambiente (Ta) supera los 25°C.
• Voltaje Inverso por Segmento:5 V máximo. Exceder este valor puede romper la unión PN del LED.
• Rango de Temperatura de Operación:-35°C a +85°C.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura:Máximo 260°C durante un máximo de 3 segundos, medido a 1.6mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento del componente.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros se miden a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C y definen el rendimiento operativo típico.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):Varía desde 200 μcd (mín) hasta 600 μcd (máx) a una corriente directa (I_F) de 1 mA. Esta es la medida del brillo percibido por el ojo humano.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):Típicamente 639 nm a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda a la que la potencia de salida óptica es mayor.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):Típicamente 20 nm a I_F=20mA. Esto indica la pureza espectral; un valor más pequeño significa un color más monocromático.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):Típicamente 631 nm a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano, que define el color (rojo super).
• Voltaje Directo por Segmento (V_F):Varía desde 2.0 V (mín) hasta 2.6 V (máx) a I_F=20mA. Esta es la caída de voltaje a través del LED durante su operación.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):Máximo 100 μA a un voltaje inverso (V_R) de 5V. Esta es la pequeña corriente de fuga cuando el LED está polarizado inversamente.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):Máximo 2:1 a I_F=1mA. Esto especifica la variación de brillo máxima permitida entre diferentes segmentos dentro de un solo dispositivo, asegurando una apariencia uniforme.

Nota: La medición de intensidad luminosa sigue el estándar de curva de respuesta del ojo de la CIE (Commission Internationale de l'Eclairage).

3. Sistema de Clasificación y Categorización

El LTS-3861JR emplea un sistema de categorización principalmente para laIntensidad Luminosa. Esto significa que durante la fabricación, los dispositivos se prueban y clasifican en diferentes categorías según su brillo medido a una corriente de prueba estándar (típicamente 1mA o 20mA). Esto permite a los diseñadores seleccionar piezas con niveles de brillo consistentes para sus aplicaciones, evitando variaciones notables en la intensidad de la pantalla entre múltiples dígitos en un display multidígito. La hoja de datos especifica un rango (200-600 μcd), y se garantiza que los productos caen dentro de subrangos específicos dentro de este.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas características típicas que son cruciales para el diseño. Aunque no se muestran en el texto proporcionado, las curvas estándar para dicho dispositivo incluirían:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I_F-V_F):Muestra la relación exponencial. Esencial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Curva I_V-I_F):Muestra cómo aumenta el brillo con la corriente, típicamente en una relación casi lineal dentro del rango de operación antes de que caiga la eficiencia.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente (Curva I_V-T_a):Ilustra la disminución en la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de la unión, destacando la importancia de la gestión térmica y la reducción de corriente.
• Distribución Espectral:Un gráfico que muestra la potencia óptica relativa a través de las longitudes de onda, centrada alrededor del pico de 639 nm, con un ancho definido por el ancho medio de 20 nm.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones Físicas

El dispositivo tiene un contorno de paquete definido. Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros (mm) con tolerancias estándar de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario. Las dimensiones clave incluyen la altura, anchura y profundidad total del paquete, el tamaño de la ventana del dígito y el espaciado entre los segmentos.

5.2 Configuración de Pines y Circuito Interno

El LTS-3861JR es un dispositivo deánodo común. Esto significa que los ánodos de todos los segmentos LED (A-G y DP) están conectados internamente y sacados a pines comunes (Pin 1 y Pin 6). El cátodo de cada segmento se saca a un pin individual. Para iluminar un segmento, su pin de cátodo correspondiente debe llevarse a un nivel lógico bajo (tierra) mientras el pin de ánodo común se mantiene a un voltaje positivo (a través de una resistencia limitadora de corriente).

Tabla de Conexión de Pines:

1: Ánodo Común

2: Cátodo F

3: Cátodo G

4: Cátodo E

5: Cátodo D

6: Ánodo Común

7: Cátodo D.P. (Punto Decimal)

8: Cátodo C

9: Cátodo B

10: Cátodo A

El diagrama del circuito interno muestra la interconexión eléctrica de los 7 segmentos (A, B, C, D, E, F, G) y el punto decimal (DP) con los dos nodos de ánodo común.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

El cumplimiento de las especificaciones de soldadura es crítico para prevenir daños.

• Soldadura por Reflujo:La temperatura máxima permitida de soldadura es de 260°C. El componente debe estar expuesto a esta temperatura máxima durante no más de 3 segundos. La temperatura se mide en un punto a 1.6mm por debajo del cuerpo del componente (el plano de asiento en el PCB).
• Soldadura Manual:Si es necesaria la soldadura manual, se debe usar un soldador con control de temperatura, y el tiempo de contacto con cada pin debe minimizarse para evitar una transferencia excesiva de calor al chip LED.
• Condiciones de Almacenamiento:Los dispositivos deben almacenarse dentro del rango de temperatura de almacenamiento especificado de -35°C a +85°C en un ambiente seco para prevenir la absorción de humedad, lo que puede causar "popcorning" durante el reflujo.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Equipos de Prueba y Medición:Multímetros digitales, osciloscopios, fuentes de alimentación.
• Electrónica de Consumo:Amplificadores de audio, radios despertador, electrodomésticos de cocina.
• Controles Industriales:Medidores de panel, indicadores de proceso, displays de temporizador.
• Mercado de Accesorios Automotrices:Calibradores y módulos de display (considerar requisitos de temperatura extendida).

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Una resistencia en serie es obligatoria para cada conexión de ánodo común para limitar la corriente a través de los segmentos. El valor de la resistencia (R) se calcula usando: R = (V_suministro- V_F) / I_F. Use el V_Fmáximo de la hoja de datos para un diseño seguro.
• Multiplexación:Para displays multidígito, se utiliza una técnica de multiplexación donde los dígitos se iluminan uno a la vez rápidamente. La corriente de pico por segmento puede ser mayor (hasta la clasificación pulsada de 90mA) para compensar el ciclo de trabajo reducido, logrando un brillo percibido más alto.
• Circuitos Controladores:Use CI controladores de LED dedicados o pines GPIO de microcontrolador con capacidad suficiente de sumidero/fuente de corriente. Para ánodo común, el controlador debe sumidero de corriente (conectarse a tierra).
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión es beneficioso, pero considere la orientación final de montaje en relación con el usuario.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTS-3861JR se diferencia principalmente por su uso de tecnologíaAlInGaPen comparación con los LEDs más antiguos de GaAsP o GaP estándar. Las ventajas clave incluyen:

• Mayor Eficiencia y Brillo:Los LEDs AlInGaP proporcionan una intensidad luminosa significativamente mayor para la misma corriente de accionamiento.
• Mejor Saturación de Color:El color "rojo super" es más vibrante y puro en comparación con los LEDs rojos estándar.
• Estabilidad de Temperatura Mejorada:El AlInGaP generalmente exhibe menos variación en longitud de onda e intensidad con cambios de temperatura en comparación con algunas tecnologías más antiguas.
• La altura de dígito de 0.3 pulgadas ofrece un equilibrio entre legibilidad y espacio en la placa, ubicándose entre displays más pequeños de 0.2 pulgadas y más grandes de 0.5 o 0.56 pulgadas.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P1: ¿Cuál es la diferencia entre "longitud de onda de pico" y "longitud de onda dominante"?

R1: La longitud de onda de pico es donde la potencia óptica de salida es físicamente más alta. La longitud de onda dominante es la longitud de onda única que produciría la misma percepción de color para el ojo humano. Para los LEDs, a menudo están cerca pero no son idénticas debido a la forma del espectro de emisión.

P2: ¿Puedo accionar este display directamente desde un pin de microcontrolador de 5V?

R2: No. Debes usar una resistencia limitadora de corriente. Conectarlo directamente probablemente excedería la corriente continua máxima (25mA) y destruiría el LED. Calcula el valor de la resistencia en función de tu voltaje de suministro (ej., 5V), el voltaje directo del LED (~2.6V máx.) y tu corriente de operación deseada (ej., 10-20mA).

P3: ¿Por qué hay dos pines de ánodo común (Pin 1 y Pin 6)?

R3: Este es un diseño común para simetría mecánica y eléctrica. Ayuda a distribuir la corriente de manera más uniforme y proporciona flexibilidad en el enrutamiento del PCB. Internamente, están conectados. Puedes usar cualquiera de ellos o conectar ambos a tu suministro positivo.

P4: ¿Cómo calculo la disipación de potencia para el diseño térmico?

R4: Para un solo segmento: P_d= V_F* I_F. Por ejemplo, a I_F=20mA y V_F=2.5V, P_d= 50mW, que está por debajo del máximo de 70mW. En un display multiplexado con múltiples segmentos encendidos, calcula para el peor escenario (ej., dígito "8" con los 7 segmentos iluminados).

10. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Diseñando un Display de Voltímetro de 4 Dígitos.

Un diseñador está creando un módulo de voltímetro compacto. Selecciona cuatro displays LTS-3861JR. Para ahorrar pines de E/S en el microcontrolador, cablean los displays en una configuración multiplexada: todos los cátodos de segmento correspondientes (A, B, C,...) están conectados entre sí a través de los cuatro dígitos. El ánodo común de cada dígito es controlado por un interruptor de transistor separado. El microcontrolador cicla encendiendo el ánodo de un dígito a la vez mientras envía el patrón de segmentos para ese dígito. Para mantener el brillo con un ciclo de trabajo de 1/4, la corriente del segmento durante su tiempo activo se incrementa, pero se mantiene dentro de la clasificación de corriente pulsada. Las resistencias limitadoras de corriente se colocan en las líneas de ánodo común (antes de los transistores). La tecnología AlInGaP garantiza que el display permanezca claramente legible incluso en luz ambiente moderadamente brillante.

11. Introducción al Principio Tecnológico

Un LED (Diodo Emisor de Luz) es un diodo semiconductor. Cuando está polarizado directamente, los electrones de la región tipo n se recombinan con los huecos de la región tipo p en la capa activa. Esta recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica (color) de la luz está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor. El AlInGaP es un semiconductor compuesto cuya banda prohibida puede ajustarse variando las proporciones de Aluminio, Indio, Galio y Fósforo para producir luz en el espectro rojo, naranja y ámbar. La designación "rojo super" indica un punto de color rojo específico y de alta pureza. El sustrato no transparente de GaAs absorbe la luz dispersa, mejorando el contraste al evitar que se refleje a través del chip y desvanezca el estado oscuro (apagado) de los segmentos.

12. Tendencias y Evolución Tecnológica

Si bien los displays discretos de 7 segmentos como el LTS-3861JR siguen siendo relevantes para aplicaciones específicas, las tendencias más amplias en tecnología de displays incluyen:

• Integración:Movimiento hacia módulos multidígito con CI controladores integrados, simplificando la interfaz para microcontroladores (ej., comunicación SPI o I2C).
• Avances en Materiales:La investigación continua en materiales como GaN (para azul/verde/blanco) y mejoras en AlInGaP e InGaN (para rojo) continúan impulsando la eficiencia (lúmenes por vatio) y la fiabilidad.
• Tecnologías Alternativas:En muchas aplicaciones de consumo, los displays OLED de matriz de puntos o LCD están reemplazando a los LEDs segmentados debido a su flexibilidad para mostrar gráficos y texto. Sin embargo, los LEDs segmentados conservan fuertes ventajas en aplicaciones que requieren un brillo muy alto, ángulos de visión amplios, extrema simplicidad y bajo costo para displays exclusivamente numéricos.
• Miniaturización:Existe un impulso constante hacia pasos de píxel más pequeños y mayor densidad, aunque el tamaño de 0.3 pulgadas sigue siendo un estándar para muchos paneles de instrumentos debido a los requisitos de legibilidad.