Hoja de Datos del Display LED LTP-537JD - Altura de Dígito 0.5 Pulgadas - Color Rojo Hiperintenso - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTP-537JD es un módulo de visualización alfanumérica de un dígito de alto rendimiento, diseñado para aplicaciones que requieren una representación clara y brillante de caracteres numéricos y alfabéticos limitados. Su función principal es proporcionar una salida visual mediante segmentos direccionables individualmente que forman los caracteres. El dispositivo está diseñado con un enfoque en la fiabilidad y el rendimiento óptico para interfaces de electrónica industrial, de instrumentación y de consumo.

La pantalla utiliza material semiconductor avanzado AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para sus elementos emisores de luz. Esta tecnología de material se elige específicamente por su eficiencia en la producción de luz roja de alto brillo. Los chips se fabrican sobre un sustrato no transparente de GaAs (Arseniuro de Galio), que mejora el contraste al evitar la dispersión y reflexión interna de la luz, dirigiendo más luz emitida hacia adelante a través de los segmentos. La presentación visual presenta un frontal negro, que aumenta significativamente la relación de contraste al absorber la luz ambiental, combinado con áreas de segmentos blancos que permiten el paso de la luz roja emitida, lo que resulta en caracteres nítidos y bien definidos sobre un fondo oscuro.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las principales ventajas de esta pantalla derivan de su diseño y construcción optoelectrónica. El uso de LEDs AlInGaP proporcionaalta intensidad luminosay una excelente eficiencia en el espectro rojo. El diseño defrente negro y segmentos blancoses una característica crítica para lograr un alto contraste, haciendo que la pantalla sea fácilmente legible bajo diversas condiciones de iluminación, incluida la luz ambiental brillante. Lossegmentos uniformes y continuosaseguran una apariencia consistente y profesional de los caracteres formados, sin huecos visibles o irregularidades en las áreas iluminadas.

El dispositivo está categorizado por intensidad luminosa, lo que significa que las unidades se clasifican o prueban para garantizar que cumplen con umbrales de brillo específicos, proporcionando consistencia en las series de producción. Suamplio ángulo de visiónasegura la legibilidad desde posiciones fuera del eje, lo cual es crucial para equipos montados en paneles. Elbajo requerimiento de potenciapor segmento lo hace adecuado para aplicaciones alimentadas por batería o conscientes de la energía. Finalmente, sufiabilidad de estado sólidoimplica una larga vida operativa sin partes móviles, resistente a golpes y vibraciones.

El mercado objetivo para este componente incluye paneles de control industrial, equipos de prueba y medición, dispositivos médicos, cuadros de mandos automotrices (para pantallas auxiliares), sistemas punto de venta y electrodomésticos donde se requiere una lectura de un dígito para configuraciones, contadores o indicadores de estado.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Los parámetros eléctricos y ópticos definen los límites de funcionamiento y las características de rendimiento de la pantalla. Comprenderlos es esencial para un diseño e integración correctos del circuito.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites especifican los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No son condiciones para operación normal.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la potencia máxima permitida que puede disiparse como calor por un solo segmento LED bajo cualquier condición. Exceder esto puede provocar sobrecalentamiento y degradación acelerada o fallo.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:90 mA. Esto solo está permitido bajo condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1 ms. Es útil para esquemas de multiplexación o para lograr un brillo momentáneo más alto.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta es la corriente máxima recomendada para operación constante. Se especifica un factor de reducción de 0.33 mA/°C, lo que significa que la corriente continua máxima permitida disminuye linealmente a medida que la temperatura ambiente (Ta) supera los 25°C para evitar sobreesfuerzo térmico.
• Tensión Inversa por Segmento:5 V. Aplicar una tensión de polarización inversa superior a esta puede romper la unión PN del 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, adecuado para la mayoría de entornos no extremos.
• Temperatura de Soldadura:260°C durante 3 segundos a 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.6 mm) por debajo del plano de asiento. Esto proporciona pautas para los procesos de soldadura por ola o reflujo para evitar dañar el encapsulado plástico o las uniones internas.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los valores típicos y máximos/mínimos bajo condiciones de prueba especificadas (generalmente a Ta=25°C). Describen el rendimiento del dispositivo durante la operación normal.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):320 μcd (Mín), 700 μcd (Típ) a I_F=1mA. Esta es una medida de la salida de luz. La categorización mencionada en las características probablemente agrupa los dispositivos basándose en este parámetro (por ejemplo, clasificaciones estándar y de alto brillo).
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):650 nm (Típ) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda a la que la salida espectral es más fuerte, ubicándola en la región del rojo hiperintenso del espectro visible.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):639 nm (Típ) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano, que define el color. La diferencia entre la longitud de onda de pico y la dominante se debe a la forma del espectro de emisión.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):20 nm (Típ) a I_F=20mA. Esto indica la pureza espectral; un valor más pequeño significa una luz más monocromática. 20 nm es típico para LEDs rojos AlInGaP.
• Tensión Directa por Segmento (V_F):2.1V (Mín), 2.6V (Típ) a I_F=20mA. Esta es la caída de tensión a través del LED cuando conduce. Es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente. La tensión de alimentación del controlador debe ser superior a este valor.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):100 μA (Máx) a V_R=5V. 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 (I_V-m):2:1 (Máx). Esto especifica la relación máxima permitida entre el segmento más brillante y el más tenue dentro de un solo dispositivo cuando se conduce bajo las mismas condiciones (I_F=1mA). Una relación de 2:1 asegura una uniformidad razonable en la apariencia.

Nota de Medición:La intensidad luminosa se mide utilizando un sensor y un filtro que aproximan la curva de respuesta del ojo fotópico CIE, asegurando que los valores correspondan a la percepción visual humana.

3. Explicación del Sistema de Clasificación

La hoja de datos indica que el producto está"categorizado por intensidad luminosa."Esto implica un proceso de clasificación o selección.

• Clasificación por Intensidad Luminosa:Después de la fabricación, las pantallas individuales se prueban para su salida de luz a una corriente estándar (probablemente 1mA o 20mA). Luego se agrupan en diferentes clasificaciones o categorías según su I_Vmedida. Por ejemplo, una clasificación puede contener dispositivos con I_Ventre 320-500 μcd, y una clasificación premium puede contener dispositivos de 500-700 μcd. Esto permite a los clientes seleccionar un nivel de consistencia adecuado para su aplicación, asegurando un brillo uniforme en múltiples dígitos de un sistema. La hoja de datos proporciona el rango general mín/típ, pero los códigos de clasificación específicos normalmente serían parte de la información completa del pedido.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Si bien los gráficos específicos no se detallan en el texto proporcionado, las curvas típicas para tal dispositivo incluirían:

• Corriente vs. Tensión Directa (Curva I-V):Muestra la relación exponencial. La tensión directa (V_F) aumenta con la corriente (I_F). La curva depende de la temperatura, con V_Fdisminuyendo a medida que aumenta la temperatura de la unión para una corriente dada.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (I_Vvs. I_F):Generalmente muestra un aumento lineal o ligeramente sub-lineal en la salida de luz con el aumento de la corriente hasta cierto punto, después del cual la eficiencia cae debido a efectos térmicos.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Muestra cómo la salida de luz disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente (y por lo tanto de la unión). Los LEDs AlInGaP tienen un coeficiente de temperatura negativo relativamente fuerte para la salida de luz.
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa vs. longitud de onda, que muestra un pico alrededor de 650 nm y un ancho medio de unos 20 nm, confirmando el color rojo hiperintenso.

Estas curvas son esenciales para diseñar controladores que compensen los cambios de temperatura y para comprender el comportamiento del brillo bajo diferentes condiciones de operación.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Paquete y Montaje

El dispositivo presenta un paquete estándar de display LED. Las notas dimensionales clave de la hoja de datos incluyen que todas las dimensiones están en milímetros, con tolerancias estándar de ±0.25 mm (0.01") a menos que se especifique lo contrario. La huella exacta, el espaciado de los pines, la altura del dígito (12.7mm) y el tamaño general del paquete se definen en el dibujo dimensional, lo cual es crítico para el diseño del PCB (Placa de Circuito Impreso) para garantizar un ajuste y alineación adecuados en el recorte.

5.2 Conexión de Pines y Polaridad

El LTP-537JD es una pantalla decátodo común. Esto significa que los 18 segmentos (16 segmentos de caracteres más un punto decimal a la derecha) comparten una conexión negativa común (Cátodo) en el Pin 18. Cada segmento individual tiene su propio pin de ánodo dedicado (Pines 1-17). Esta configuración es común y simplifica los circuitos controladores de multiplexación, donde el cátodo común se conecta a tierra mientras que los ánodos deseados se activan a través de resistencias limitadoras de corriente.

La asignación de pines enumera explícitamente la conexión para cada pin, mapeando los números de pin físicos a las funciones de segmento (A, B, C, D, E, F, G, H, K, M, N, P, R, S, T, U, y D.P. para punto decimal). Un diagrama de circuito interno normalmente mostraría esta disposición de cátodo común.

6. Pautas de Soldadura y Ensamblaje

La pauta principal proporcionada es para el proceso de soldadura en sí:260°C durante 3 segundos, medido en un punto a 1/16 de pulgada (1.6 mm) por debajo del plano de asiento del paquete. Este es un parámetro estándar del perfil de reflujo. Es crucial cumplir con esto para prevenir:

• Daño térmico al epoxi plástico del paquete, que puede causar decoloración o agrietamiento.
• Sobrecalentamiento de las conexiones internas por alambre que conectan los chips LED a los terminales.
• Exposición del dado semiconductor a temperaturas excesivas.

También se deben observar precauciones generales de manejo: evitar estrés mecánico en los terminales, usar precauciones ESD (Descarga Electroestática) durante el manejo y almacenar en condiciones antiestáticas y secas apropiadas dentro del rango de almacenamiento especificado de -35°C a +85°C.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El método de control más común es lamultiplexación. Dado que es un dispositivo de cátodo común, un microcontrolador o un CI controlador dedicado puede hundir corriente a través del pin de cátodo común (Pin 18) mientras suministra corriente a los pines de ánodo específicos para los segmentos que necesitan encenderse. Se pueden multiplexar múltiples dígitos alternando rápidamente qué cátodo de dígito está activo mientras se presentan los datos de segmento correspondientes en las líneas de ánodo compartidas. Esto reduce enormemente el número de pines de E/S del microcontrolador requeridos.

A Una resistencia limitadora de corriente es obligatoriapara cada línea de ánodo (o un controlador regulado de corriente). El valor de la resistencia se calcula usando la Ley de Ohm: R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Usando la V_Ftípica de 2.6V a 20mA y una alimentación de 5V: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 Ohmios. Se usaría una resistencia estándar de 120Ω. Se debe verificar la potencia nominal de la resistencia: P = I²* R = (0.02)²* 120 = 0.048W, por lo que una resistencia estándar de 1/8W (0.125W) es suficiente.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Gestión del Calor:Si bien los segmentos individuales disipan poca potencia (máx. 70mW), se debe considerar el calor colectivo de múltiples segmentos encendidos o la operación a alta temperatura ambiente. Asegurar una ventilación adecuada y considerar la reducción de corriente por encima de 25°C.
• Ángulo de Visión y Contraste:El amplio ángulo de visión y el diseño de alto contraste lo hacen adecuado para paneles donde el usuario puede no estar directamente frente al dispositivo. El frente negro es particularmente beneficioso en entornos con mucha luz ambiental.
• Software para Generación de Caracteres:Se necesita una tabla de búsqueda en el firmware del microcontrolador controlador para mapear caracteres alfanuméricos (por ejemplo, '0'-'9', 'A', 'C', 'E', 'F') a la combinación correcta de los 16 segmentos.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Puedo controlar esta pantalla directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V?

R: Posiblemente, pero con brillo reducido. La V_Ftípica es 2.6V. Con una alimentación de 3.3V, el margen de tensión para la resistencia limitadora es de solo 0.7V (3.3V - 2.6V). Para lograr 20mA, necesitaría una resistencia de 35Ω (0.7V / 0.02A). Sin embargo, la V_Freal puede ser tan baja como 2.1V, lo que resultaría en una corriente más alta con la misma resistencia, potencialmente excediendo los límites. Se recomienda un controlador de corriente constante o una caracterización cuidadosa para sistemas de 3.3V.

P2: ¿Cuál es la diferencia entre longitud de onda "de pico" y "dominante"?

R: La longitud de onda de pico es el pico físico del espectro de emisión de luz. La longitud de onda dominante es la longitud de onda única de luz monocromática pura que parecería tener el mismo color que la salida del LED para el ojo humano. Debido a la forma espectral, a menudo difieren ligeramente.

P3: ¿Cómo logro el brillo máximo?

R: Operar a la corrientecontinuamáxima nominal de 25mA por segmento (a 25°C ambiente), asegurando una disipación de calor adecuada. No exceder el límite de disipación de potencia de 70mW. Para pulsos cortos, se podría usar la corriente de pico de 90mA bajo el ciclo de trabajo especificado.

P4: ¿Por qué hay una relación de coincidencia de intensidad luminosa?

R: Las variaciones de fabricación causan ligeras diferencias en la salida de luz entre segmentos incluso a la misma corriente. La relación 2:1 garantiza que dentro de una unidad, ningún segmento será más del doble de brillante que otro, asegurando la uniformidad visual del carácter.

9. Introducción Tecnológica y Tendencias

9.1 Tecnología LED AlInGaP

El LTP-537JD utiliza material semiconductor AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para sus chips LED. Este sistema de material es particularmente eficiente para producir luz en las longitudes de onda ámbar, roja e hiperroja (aproximadamente 590-650 nm). En comparación con tecnologías más antiguas como GaAsP (Fosfuro de Arseniuro de Galio), AlInGaP ofrece una eficacia luminosa significativamente mayor (más salida de luz por vatio eléctrico), mejor estabilidad térmica y una vida útil más larga. El crecimiento de las capas epitaxiales sobre un sustrato no transparente de GaAs, como se usa aquí, es un enfoque común que mejora la eficiencia de extracción de luz al reflejar la luz emitida que de otro modo se perdería en el sustrato hacia la parte superior del chip.

9.2 Contexto y Tendencias de la Tecnología de Displays

Si bien los displays OLED y LCD de matriz de puntos de múltiples dígitos son ahora comunes para gráficos complejos, los displays LED segmentados como el LTP-537JD siguen siendo muy relevantes para aplicaciones que requieren una fiabilidad extrema, operación en un amplio rango de temperaturas, alto brillo, simplicidad y bajo costo para mostrar números de formato fijo y letras simples. La tendencia en tales displays no es necesariamente hacia una mayor resolución, sino hacia una eficiencia mejorada (menor corriente de operación para el mismo brillo), relaciones de contraste mejoradas, ángulos de visión más amplios y, a veces, la integración de electrónica de control dentro del paquete. El principio fundamental de electroluminiscencia en una unión PN de semiconductor permanece sin cambios, pero la ciencia de materiales y las técnicas de empaquetado continúan avanzando en su rendimiento.