Hoja de Datos del Display LED LTS-313AJD - Altura de Dígito 0.3 Pulgadas - Color Rojo Hiperintenso - Tensión Directa 2.6V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un módulo de visualización alfanumérica compacto, de un dígito y siete segmentos. El dispositivo está diseñado para aplicaciones que requieren una indicación numérica clara y brillante con un consumo de energía mínimo. Su filosofía de diseño central se basa en proporcionar una excelente legibilidad y fiabilidad en un factor de forma reducido.

La pantalla utiliza materiales semiconductores avanzados para lograr su característica salida de luz. Se clasifica para una intensidad luminosa consistente, garantizando uniformidad en la producción por lotes y un rendimiento predecible en las aplicaciones del usuario final.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las principales ventajas de esta pantalla incluyen su requisito de corriente muy bajo, lo que la hace adecuada para circuitos alimentados por batería o sensibles al consumo energético. El alto brillo y la relación de contraste, combinados con un amplio ángulo de visión, garantizan la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación y desde diferentes perspectivas. La construcción de estado sólido ofrece una fiabilidad inherente y una larga vida operativa en comparación con las pantallas mecánicas o basadas en filamentos.

Su altura de dígito de 0.3 pulgadas la posiciona idealmente para instrumentos portátiles, electrónica de consumo, medidores de panel, interfaces de control industrial y cualquier sistema embebido donde el espacio sea limitado pero la retroalimentación numérica clara sea esencial. El diseño de segmentos continuo y uniforme contribuye a una excelente apariencia de los caracteres, mejorando la experiencia del usuario.

2. Análisis Profundo de las Especificaciones Técnicas

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros eléctricos, ópticos y físicos definidos en la hoja de datos.

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

Los elementos emisores de luz se basan en la tecnología de semiconductores de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP), específicamente en una formulación de color Rojo Hiperintenso. Este sistema de materiales es conocido por su alta eficiencia y buena estabilidad térmica en la región de longitud de onda rojo-anaranjada.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):Varía de 200 a 600 microcandelas (μcd) con una corriente de prueba estándar de 1mA. Este parámetro define el brillo percibido. La categorización mencionada implica que los dispositivos se clasifican o seleccionan en función de la intensidad medida para que se encuentren dentro de este rango garantizado.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):Típicamente 650 nanómetros (nm). Esta es la longitud de onda a la cual la potencia óptica de salida es máxima.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):Típicamente 639 nm. Esta es la longitud de onda percibida por el ojo humano y es la métrica clave para definir el color (Rojo Hiperintenso).
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):Aproximadamente 20 nm. Esto indica la pureza espectral o la dispersión de longitudes de onda emitidas alrededor del pico. Un valor de 20nm es característico de los LED AlInGaP.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa:Especificada como un máximo de 2:1. Este es un parámetro crítico para pantallas de múltiples dígitos o aplicaciones que utilizan múltiples segmentos, asegurando que la variación de brillo entre el segmento más brillante y el más tenue no exceda esta relación, proporcionando una apariencia uniforme.

2.2 Parámetros Eléctricos

Las características eléctricas definen los límites de operación y las condiciones típicas para el dispositivo.

• Tensión Directa por Segmento (V_F):Típicamente 2.1V, con un máximo de 2.6V, medida a una corriente directa (I_F) de 20mA. Esta es la caída de tensión a través de un segmento iluminado. Los diseñadores deben asegurarse de que el circuito de excitación pueda proporcionar suficiente voltaje.
• Corriente Directa Continua por Segmento (I_F):La especificación absoluta máxima es de 25mA a 25°C. Se aplica un factor de reducción de 0.33 mA/°C por encima de 25°C, lo que significa que la corriente continua permitida disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente para evitar el sobrecalentamiento.
• Corriente Directa Pico:Se permite una corriente pulsada de hasta 90mA bajo condiciones específicas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms). Esto permite esquemas de multiplexación o ráfagas cortas de mayor brillo.
• Tensión Inversa (V_R):Máximo 5V. Exceder este valor puede dañar la unión del LED. Los diseños de circuito deben incorporar protección si es posible una tensión inversa.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 100 μA a la tensión inversa completa de 5V, indicando la corriente de fuga en estado apagado.
• Disipación de Potencia por Segmento:Máximo 70 mW. Este límite térmico, combinado con la reducción de corriente, es crucial para los cálculos de fiabilidad.

2.3 Especificaciones Térmicas y Ambientales

• Rango de Temperatura de Operación:-35°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para entornos de grado industrial.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura:Un máximo de 260°C durante un máximo de 3 segundos, medida a 1.6mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento. Esta es una guía estándar para procesos de soldadura por ola o de reflujo para evitar daños térmicos en el encapsulado o el chip.

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 una práctica común en la fabricación de LED conocida como \"binning\".

Debido a variaciones menores inherentes en el crecimiento epitaxial del semiconductor y el proceso de fabricación, los LED del mismo lote de producción pueden tener ligeras diferencias en parámetros clave como la intensidad luminosa y la tensión directa. Para garantizar la consistencia a los clientes, los fabricantes prueban cada LED y los clasifican en diferentes grupos de rendimiento o \"bins\". Un producto categorizado por intensidad luminosa significa que las unidades están garantizadas para cumplir con el rango de intensidad especificado (200-600 μcd en este caso), y a menudo se pueden solicitar bins más estrechos dentro de ese rango para aplicaciones de alta uniformidad. Aunque no se detalla en esta breve hoja de datos, otros parámetros comunes de clasificación pueden incluir la longitud de onda dominante (para consistencia de color) y la tensión directa.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas características típicas. Aunque los gráficos específicos no se proporcionan en el texto, podemos inferir su contenido estándar y su significado basándonos en los parámetros listados.

4.1 Curva de Corriente vs. Tensión (Curva I-V)

Una curva I-V típica mostraría la relación exponencial entre la corriente directa y la tensión directa. La curva pasaría por el punto típico V_Fde 2.1V a 20mA. Esta curva es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente, ya sea utilizando una simple resistencia o un controlador de corriente constante.

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (I_Vvs. I_F)

Este gráfico mostraría cómo aumenta el brillo con la corriente. Típicamente es lineal en un rango pero se saturará a corrientes más altas debido a la caída térmica y de eficiencia. La curva mostraría la intensidad en la condición de prueba de 1mA e ilustraría el rendimiento hasta la corriente continua máxima.

4.3 Dependencia de la Temperatura

Las curvas características anotadas a temperaturas distintas de 25°C ilustrarían las dependencias clave:

• Tensión Directa vs. Temperatura:Para los LED AlInGaP, V_Ftípicamente disminuye al aumentar la temperatura (coeficiente de temperatura negativo). Esto es importante para la gestión térmica y el diseño de control de corriente constante.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura:La intensidad de salida generalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. La reducción de la corriente continua está directamente relacionada con la gestión de este efecto térmico para mantener el brillo y la longevidad.

4.4 Distribución Espectral

Un gráfico espectral visualizaría la distribución de potencia de la luz emitida a través de las longitudes de onda, centrada alrededor de 650nm (pico) con un ancho medio de 20nm, confirmando el punto de color Rojo Hiperintenso.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

El dispositivo tiene una cara gris con segmentos blancos, lo que mejora el contraste al reducir la reflexión de la luz ambiental. Las dimensiones del encapsulado se proporcionan en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25mm. La huella exacta y el espaciado de los pines son críticos para el diseño del PCB. El diagrama del circuito interno confirma una configuración de cátodo común para todos los segmentos y los puntos decimales. Esto significa que todos los cátodos (terminales negativos) de los segmentos LED están conectados internamente a pines comunes (1 y 6), mientras que cada ánodo (terminal positivo) de segmento tiene su propio pin dedicado. Esta configuración es común y simplifica la multiplexación en aplicaciones controladas por microcontroladores.

6. Conexión de Pines e Interfaz del Circuito

El dispositivo de 10 pines tiene la siguiente asignación de pines:

1. Cátodo Común
2. Ánodo F (Segmento superior)
3. Ánodo G (Segmento central)
4. Ánodo E (Segmento inferior izquierdo)
5. Ánodo D (Segmento inferior)
6. Cátodo Común (conectado internamente al pin 1)
7. Ánodo RDP (Punto Decimal Derecho)
8. Ánodo C (Segmento inferior derecho)
9. Ánodo B (Segmento superior derecho)
10. Ánodo A (Segmento superior)

Nota: La hoja de datos también menciona \"Punto Decimal Derecho e Izquierdo\", lo que indica que el dispositivo incluye puntos decimales derecho e izquierdo, aunque solo el ánodo del punto decimal derecho (RDP) aparece en la tabla de conexión de pines. Es probable que el punto decimal izquierdo esté conectado internamente a otro ánodo de segmento o no sea accesible por separado en esta versión. La conexión de cátodo común en los pines 1 y 6 permite flexibilidad en el enrutamiento del PCB y la disipación de calor.

7. Directrices de Soldadura y Montaje

La directriz clave proporcionada es el límite de temperatura de soldadura: máximo 260°C durante 3 segundos a 1.6mm por debajo del plano de asiento. Esto se alinea con las directrices IPC estándar para componentes de orificio pasante. Para soldadura por ola, esto significa controlar el precalentamiento y el tiempo de contacto. Para soldadura manual, se debe utilizar un soldador con control de temperatura para evitar la aplicación prolongada de calor. Se deben observar las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo, ya que los LED son sensibles a la electricidad estática. El almacenamiento debe realizarse dentro del rango de temperatura especificado en un ambiente de baja humedad.

8. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Multímetros Portátiles y Equipos de Prueba:El bajo consumo de corriente es ideal para la duración de la batería.
• Electrodomésticos:Temporizadores, lecturas de temperatura en hornos o calentadores.
• Paneles de Control Industrial:Indicadores de estado, pantallas de contador.
• Pantallas para Automoción (Mercado de Accesorios):Para medidores auxiliares (voltaje, temperatura).
• Kits Educativos y Prototipado:Debido a su simplicidad e interfaz común.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre utilice una resistencia en serie o un controlador de corriente constante para cada ánodo de segmento. El valor de la resistencia se puede calcular como R = (Voltaje de Alimentación - V_F) / I_F. Para una fuente de 5V y apuntando a 10mA con una V_Ftípica de 2.1V: R = (5 - 2.1) / 0.01 = 290Ω. Una resistencia estándar de 270Ω o 330Ω sería adecuada.
• Multiplexación:Para pantallas de múltiples dígitos, una configuración de cátodo común se multiplexa fácilmente. Al habilitar secuencialmente el cátodo común de cada dígito y presentar los datos de segmento para ese dígito, se pueden controlar muchos dígitos con menos pines de E/S. La especificación de corriente pico permite corrientes pulsadas más altas durante el ciclo de multiplexación para lograr un brillo promedio.
• Interfaz con Microcontrolador:Típicamente requiere 8 líneas de E/S (7 segmentos + 1 decimal) por dígito si no está multiplexado, más un transistor o un CI controlador para absorber la corriente del cátodo común, que es la suma de las corrientes de todos los segmentos iluminados en ese dígito.
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión permite posiciones de montaje flexibles, pero para una legibilidad óptima, considere la línea de visión principal del usuario.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con tecnologías más antiguas como las pantallas incandescentes o de fluorescencia de vacío (VFD), esta pantalla LED ofrece un consumo de energía significativamente menor, una vida útil más larga y una mayor resistencia a impactos/vibraciones. Dentro de la familia de pantallas LED, el uso de AlInGaP para Rojo Hiperintenso ofrece ventajas sobre los LED rojos GaAsP más antiguos, proporcionando típicamente mayor eficiencia (más luz por mA), mejor estabilidad térmica y un color rojo más saturado. El tamaño de 0.3 pulgadas es más pequeño que las pantallas comunes de 0.5 o 0.56 pulgadas, ofreciendo mayor densidad o diseños más compactos. El bajo requisito de corriente (efectivo incluso a 1mA) es un diferenciador clave para diseños con restricciones de potencia en comparación con pantallas que requieren 5-20mA por segmento para un brillo estándar.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Cuál es el propósito de los dos pines de cátodo común (1 y 6)?

Están conectados internamente. Proporcionar dos pines permite una mejor distribución de corriente, reduce la densidad de corriente por pin, ayuda en la flexibilidad del diseño del PCB (enrutamiento desde cualquier lado) y puede mejorar la disipación de calor del chip.

10.2 ¿Puedo excitar esta pantalla directamente desde un pin de un microcontrolador?

Puede conectar los ánodos de segmento a los pines de salida del microcontrolador, perodebeincluir una resistencia limitadora de corriente en serie con cada pin. El pin del microcontrolador por sí solo no puede limitar la corriente de forma segura. Además, la corriente del cátodo común (hasta 25mA x número de segmentos iluminados) probablemente excederá la capacidad de absorción de un solo pin del microcontrolador, requiriendo un transistor externo o un CI controlador (como un ULN2003) para conmutar el cátodo.

10.3 ¿Qué significa \"Rojo Hiperintenso\" en comparación con el Rojo estándar?

\"Rojo Hiperintenso\" es un término de marketing utilizado a menudo para LED AlInGaP con una longitud de onda dominante alrededor de 630-640nm. Aparece como un rojo más profundo, con un tinte más anaranjado en comparación con el \"Rojo Profundo\" de longitud de onda ligeramente más larga (660-670nm) o el \"Rojo\" estándar más corto y anaranjado (620-625nm). Ofrece un buen equilibrio entre brillo visual y distinción de color.

10.4 ¿Cómo logro un brillo uniforme en todos los dígitos en un diseño de múltiples dígitos?

Utilice la técnica de multiplexación y asegúrese de que las resistencias limitadoras de corriente sean idénticas para todos los segmentos correspondientes entre dígitos. La especificación de relación de coincidencia de intensidad (máx. 2:1) en la hoja de datos ayuda, pero para obtener los mejores resultados, utilice LED del mismo lote de producción o implemente una calibración de brillo por software si su controlador permite modulación por ancho de pulso (PWM).

11. Ejemplo de Diseño y Caso de Uso

Escenario: Diseñar una pantalla de voltímetro simple de 3 dígitos.

1. Topología del Circuito:Utilice tres displays LTS-313AJD en una configuración multiplexada. Los ánodos de segmento (A-G, DP) de los tres displays se conectan en paralelo. Los pines de cátodo común de cada display se conectan al colector de un transistor NPN separado (por ejemplo, 2N3904), con el emisor a tierra. La base del transistor es excitada por un pin del microcontrolador a través de una resistencia de base.
2. Función del Microcontrolador:Un ADC lee el voltaje. El firmware convierte el valor a tres dígitos. Luego entra en un bucle rápido: apaga todos los transistores de cátodo, envía el patrón de segmentos para el Dígito 1 a las líneas de ánodo paralelas (a través de resistencias en serie), activa el transistor de cátodo para el Dígito 1, espera un breve tiempo (por ejemplo, 2ms), luego repite para el Dígito 2 y el Dígito 3. El ciclo se repite lo suficientemente rápido (por ejemplo, >60Hz) para que aparezca como una pantalla estable y sin parpadeo.
3. Cálculos:Si cada segmento se excita a 5mA durante su tiempo activo, y tres segmentos están iluminados por dígito (por ejemplo, mostrando \"1\"), la corriente pico por segmento es 5mA. La corriente promedio por segmento es 5mA / 3 (para multiplexación de 3 dígitos) ≈ 1.67mA, lo cual está muy dentro de los límites y ahorra energía. El transistor de cátodo debe absorber 3 segmentos * 5mA = 15mA, lo cual es fácilmente manejable.

12. Introducción al Principio de Operación

Una pantalla LED de siete segmentos es una matriz de diodos emisores de luz dispuestos en un patrón de figura ocho. Cada diodo (segmento) es un dispositivo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica una tensión directa que excede el umbral de la unión (aproximadamente 2.1V para este tipo AlInGaP), los electrones y los huecos se recombinan en la región activa, liberando 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, que se diseña en el compuesto AlInGaP. Al aplicar corriente selectivamente a diferentes combinaciones de los siete segmentos (A a G), se pueden formar los números 0-9 y algunas letras. La configuración de cátodo común conecta internamente todos los lados negativos de estos diodos, simplificando el control externo.

13. Tendencias y Contexto Tecnológico

Las pantallas LED discretas de siete segmentos como esta representan una tecnología madura y fiable. Las tendencias actuales en tecnología de visualización se están moviendo hacia una mayor integración, como módulos de múltiples dígitos con controladores incorporados (por ejemplo, controladores TM1637 o MAX7219) que se comunican vía I2C o SPI, reduciendo drásticamente la sobrecarga de E/S y software del microcontrolador. También hay un cambio hacia pantallas OLED (LED orgánicos) y flexibles para gráficos más complejos. Sin embargo, para indicación numérica simple, brillante, de bajo costo y bajo consumo en entornos hostiles (amplio rango de temperatura, alto brillo requerido), los segmentos LED discretos siguen siendo una solución dominante y óptima. El desarrollo continuo en materiales LED, como AlInGaP e InGaN (para azul/verde) más eficientes, sigue mejorando la eficiencia, el brillo y las opciones de color para este tipo de pantallas.