Hoja de Datos del Display LED LTD-5023AJD - Altura de Dígito 0.56 Pulgadas - Tensión Directa 2.6V - Color Rojo Hiperintenso - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTD-5023AJD es un módulo de display LED de dos dígitos, de siete segmentos más punto decimal. Cuenta con una altura de dígito de 0.56 pulgadas (14.22 mm), proporcionando una salida numérica clara y legible, ideal para diversas aplicaciones de instrumentación y visualización. El dispositivo utiliza chips LED avanzados de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) en color Rojo Hiperintenso, que se cultivan epitaxialmente sobre un sustrato de GaAs. Esta tecnología es conocida por su alta eficiencia y excelente rendimiento luminoso. La pantalla presenta una cara gris claro con segmentos blancos, ofreciendo un aspecto clásico y de alto contraste que mejora la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación.

1.1 Ventajas Principales

• Alto Brillo y Contraste:La tecnología AlInGaP proporciona una intensidad luminosa superior, garantizando que la pantalla sea fácilmente visible.
• Amplio Ángulo de Visión:Ofrece un brillo y color consistentes en un amplio rango de posiciones de observación.
• Bajo Requerimiento de Potencia:Diseñado para un funcionamiento eficiente, lo que lo hace adecuado para dispositivos alimentados por batería o con conciencia energética.
• Excelente Apariencia de los Caracteres:Presenta segmentos continuos y uniformes para una visualización numérica limpia y profesional.
• Fiabilidad del Estado Sólido:Los LED ofrecen una larga vida operativa y robustez frente a golpes y vibraciones en comparación con otras tecnologías de visualización.
• Categorizado por Intensidad Luminosa:Los dispositivos se clasifican en lotes para garantizar niveles de brillo consistentes, facilitando la uniformidad en el diseño.
• Paquete Libre de Plomo:Cumple con las normativas medioambientales (por ejemplo, RoHS).

1.2 Mercado Objetivo

Esta pantalla es ideal para aplicaciones que requieren indicadores numéricos fiables, brillantes y fáciles de leer. Los casos de uso comunes incluyen equipos de prueba y medición, paneles de control industrial, dispositivos médicos, electrodomésticos, cuadros de mandos automotrices (indicadores secundarios) y terminales punto de venta (TPV).

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW máximo.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:90 mA (a 1 kHz, ciclo de trabajo del 10%). Este valor es para operación pulsada para lograr un brillo instantáneo más alto sin sobrecalentamiento.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta corriente se reduce linealmente a una tasa de 0.33 mA/°C a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de 25°C. Por ejemplo, a 85°C, la corriente continua máxima permitida sería aproximadamente: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 5.2 mA.
• Tensión Inversa por Segmento:5 V máximo. Superar este valor puede dañar la unión del LED.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura:Resiste un máximo de 260°C durante hasta 3 segundos, medido a 1.6mm por debajo del plano de asiento, lo cual es crítico para los procesos de soldadura por reflujo.

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

Estos son los parámetros de rendimiento típicos bajo condiciones de prueba especificadas.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):Varía desde 320 μcd (mín.) hasta 700 μcd (máx.) a una corriente directa (I_F) de 1 mA. A 10 mA, la intensidad típica es de 16250 μcd (16.25 mcd). Esta alta eficiencia es una característica distintiva de la tecnología AlInGaP.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):650 nm (típico). Esto define el pico espectral de la salida de luz, ubicándolo en la región del rojo hiperintenso del espectro.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):20 nm (típico). Esto indica la pureza espectral; un ancho más estrecho significa un color más monocromático.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):639 nm (típico). Esta es la longitud de onda percibida por el ojo humano y es crucial para la especificación del color.
• Tensión Directa por Segmento (V_F):2.1 V (mín.), 2.6 V (típico) a I_F=20 mA. Este parámetro es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):100 μA (máx.) a una tensión inversa (V_R) de 5V.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):2:1 (máx.) a I_F=1 mA. Esto especifica la variación máxima de brillo permitida entre segmentos dentro de un dispositivo, asegurando uniformidad visual.

Nota: Las mediciones de intensidad luminosa utilizan un sensor y un filtro que se aproximan a la curva de respuesta fotópica del ojo CIE para una precisión relevante para la visión humana.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica que el dispositivo está \"Categorizado por Intensidad Luminosa\". Esto implica un proceso de clasificación (binning) donde las pantallas se ordenan según la salida óptica medida a una corriente de prueba estándar (probablemente 1 mA o 10 mA). Los diseñadores pueden seleccionar lotes para garantizar un brillo consistente en múltiples unidades de un producto, evitando variaciones notables entre pantallas. Aunque no se proporcionan códigos de lote específicos en este extracto, los lotes típicos se definen por rangos de intensidad luminosa (por ejemplo, Lote A: 500-600 μcd, Lote B: 600-700 μcd).

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a \"Curvas Típicas de Características Eléctricas/Ópticas\". Aunque no se muestran en el texto proporcionado, dichas curvas suelen incluir:

• Curva I-V (Corriente-Tensión):Muestra la relación entre la tensión directa y la corriente para un segmento. Es no lineal, con una tensión de encendido alrededor de 1.8-2.0V para AlInGaP, aumentando hasta los 2.6V típicos a 20 mA.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa:Un gráfico que muestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente. Generalmente es lineal a corrientes bajas, pero puede saturarse a corrientes más altas debido a efectos térmicos.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Demuestra cómo la salida de luz disminuye al aumentar la temperatura. Los LED de AlInGaP tienen un buen rendimiento a altas temperaturas en comparación con otros materiales, pero aún es necesario aplicar una reducción de potencia (derating).
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa versus longitud de onda, mostrando el pico en ~650 nm y el ancho medio de 20 nm.

Estas curvas son vitales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar y para optimizar las condiciones de excitación según las necesidades específicas de la aplicación (por ejemplo, maximizar el brillo vs. maximizar la eficiencia o la vida útil).

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El dispositivo viene en un paquete dual en línea (DIP) estándar. Todas las dimensiones se especifican en milímetros con una tolerancia general de ±0.25 mm (0.01\"). El contorno exacto, el espaciado de segmentos, el espaciado de terminales y la altura/ancho/longitud total se definen en el dibujo de dimensiones en la página 2 de la hoja de datos. Este dibujo es crítico para el diseño de la huella en el PCB y la integración mecánica en el producto final.

5.2 Conexión de Pines y Circuito Interno

El LTD-5023AJD es una pantalla de tipocátodo común. Esto significa que los cátodos (terminales negativos) de los LED para cada dígito están conectados internamente. La asignación de pines es la siguiente:

• Pines 1-4, 15-18: Controlan los segmentos (A, B, C, D, E, F, G, DP) delDígito 1.
• Pines 5-13: Controlan los segmentos (A, B, C, D, E, F, G, DP) y el cátodo común delDígito 2.
• Pin 14: Cátodo común para elDígito 1.

El diagrama del circuito interno muestra la disposición de los 14 segmentos LED (7 por dígito, más dos puntos decimales) y su conexión a los 18 pines. Se requiere multiplexación para excitar ambos dígitos: alternando la activación del cátodo del Dígito 1 y del Dígito 2 mientras se suministran señales de ánodo para los segmentos deseados del dígito activo, ambos dígitos pueden controlarse con menos líneas de E/S.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

El valor máximo absoluto especifica un perfil de temperatura de soldadura: el paquete puede soportar una temperatura máxima de 260°C durante un máximo de 3 segundos, medida en un punto a 1.6mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento (es decir, en el PCB cerca del terminal). Esta es una especificación estándar para procesos de soldadura por reflujo sin plomo (por ejemplo, usando soldadura SAC305). Los diseñadores deben asegurarse de que el perfil de su horno de reflujo se mantenga dentro de estos límites para evitar daños en los chips LED o en el paquete de plástico. Se deben observar las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo. El almacenamiento debe realizarse dentro del rango especificado de -35°C a +85°C en un ambiente de baja humedad.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Para excitar esta pantalla, se necesita un microcontrolador o un CI controlador dedicado. Para pantallas de cátodo común, los pines del cátodo se conectan a tierra (a través de un interruptor de transistor para multiplexación), y los pines del ánodo se conectan a una fuente de tensión limitada en corriente (por ejemplo, a través de una resistencia en serie o un controlador de corriente constante). La tensión directa (V_F) de 2.6V y la corriente deseada (I_F, por ejemplo, 10-20 mA para brillo completo) determinan el valor de la resistencia en serie: R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Si se multiplexan dos dígitos a 10 mA cada uno, la corriente de pico durante el tiempo de encendido del dígito podría ser de 10 mA, pero la corriente promedio por segmento es menor, reduciendo el consumo de energía.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre utilice resistencias en serie o controladores de corriente constante. Nunca conecte un LED directamente a una fuente de tensión.
• Multiplexación:Esencial para pantallas de múltiples dígitos para minimizar el número de pines. La frecuencia de refresco debe ser lo suficientemente alta (>60 Hz) para evitar parpadeo visible.
• Gestión Térmica:Aunque los LED son eficientes, la disipación de potencia (P = V_F* I_F) por segmento puede alcanzar hasta 52 mW (2.6V * 20mA). Asegure una ventilación adecuada, especialmente si se excita a corrientes altas o en temperaturas ambientales elevadas.
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión es beneficioso, pero considere la línea de visión principal del usuario al montar la pantalla.

8. Comparación Técnica

En comparación con tecnologías más antiguas como los LED rojos estándar de GaAsP (Fosfuro de Arsénico de Galio), el LED Rojo Hiperintenso de AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor (más salida de luz por mA de corriente) y un mejor rendimiento a temperaturas elevadas. En comparación con los LED blancos (a menudo LED azul + fósforo), ofrece una pureza de color superior y, típicamente, una mayor eficiencia para la luz roja monocromática. La altura de dígito de 0.56\" es un tamaño común, ofreciendo un buen equilibrio entre legibilidad y compacidad en comparación con pantallas más pequeñas (0.3\") o más grandes (0.8\").

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la diferencia entre la longitud de onda de pico (650nm) y la longitud de onda dominante (639nm)?

R: La longitud de onda de pico es el punto más alto en la curva de salida espectral. La longitud de onda dominante es la longitud de onda única de luz monocromática que parecería tener el mismo color para el ojo humano. A menudo difieren ligeramente.

P: ¿Puedo excitar esta pantalla con un microcontrolador de 3.3V?

R: Sí. Con una V_Fde 2.6V, una alimentación de 3.3V es suficiente. Una resistencia en serie sería: R = (3.3V - 2.6V) / 0.020A = 35 Ohmios. Una resistencia estándar de 33 o 39 Ohmios sería adecuada.

P: ¿Por qué la corriente directa de pico (90mA) es mucho mayor que la corriente continua (25mA)?

R: El LED puede manejar pulsos cortos de alta corriente sin sobrecalentarse, permitiendo esquemas de multiplexación de pantalla más brillantes (donde cada dígito solo está encendido una fracción del tiempo) o para crear destellos muy brillantes.

P: ¿Qué significa \"AlInGaP epi sobre sustrato de GaAs\"?

R: Las capas emisoras de luz (las capas epitaxiales o \"epi\") están hechas de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio. Estas se cultivan sobre una oblea de Arseniuro de Galio (GaAs) que proporciona soporte estructural pero no es el material emisor de luz principal.

10. Ejemplo de Caso de Uso Práctico

Escenario: Diseño de una pantalla simple para un voltímetro digital.

El circuito del voltímetro produce una salida BCD (Decimal Codificado en Binario) correspondiente a una lectura de tensión. Un microcontrolador lee este valor BCD. Luego, utiliza una tabla de búsqueda para determinar qué segmentos (A-G) iluminar para cada dígito y mostrar el número. Los pines de E/S del microcontrolador, conectados a través de resistencias limitadoras de corriente, excitan los pines del ánodo del LTD-5023AJD. Otros dos pines de E/S, conectados a interruptores de transistor, controlan los pines de cátodo común (14 y 13). El software alterna rápidamente (multiplexa) entre habilitar el Dígito 1 y el Dígito 2, mientras envía los patrones de ánodo correctos para cada dígito. El tamaño de 0.56\" proporciona una lectura clara desde una distancia típica de banco, y el alto contraste garantiza la visibilidad bajo la iluminación del taller. El bajo consumo de energía es beneficioso si el medidor es portátil.

11. Introducción al Principio Tecnológico

AlInGaP es un compuesto semiconductor III-V. Cuando se aplica una tensión directa a través de la unión p-n, los electrones y los huecos se inyectan en la región activa donde se recombinan. Este proceso de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica de Aluminio, Indio, Galio y Fósforo en la red cristalina determina la energía de la banda prohibida, que dicta directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida. Para el color Rojo Hiperintenso, la banda prohibida se ajusta para emitir fotones alrededor de 650 nm. El sustrato de GaAs es ópticamente absorbente a esta longitud de onda, por lo que la luz se extrae típicamente de la superficie superior del chip. La designación \"Rojo Hiperintenso\" indica un color rojo profundo y saturado con alta eficacia luminosa.

12. Tendencias de Desarrollo Tecnológico

La tecnología de displays LED continúa evolucionando. Si bien AlInGaP sigue siendo el material dominante para LED rojos y ámbar de alta eficiencia, las tendencias incluyen:

• Mayor Eficiencia:Las continuas mejoras en ciencia de materiales y diseño de chips producen más lúmenes por vatio, permitiendo pantallas más brillantes con menor potencia.
• Miniaturización:El desarrollo de geometrías de chip más pequeñas permite pantallas de mayor resolución o tamaños de paquete más reducidos.
• Mejor Gestión Térmica:Nuevos materiales y diseños de paquetes disipan mejor el calor, permitiendo corrientes de excitación más altas y un brillo sostenido.
• Integración:Tendencia hacia pantallas con CI controladores integrados (\"displays inteligentes\") para simplificar el diseño del sistema.
• Expansión de la Gama de Colores:Si bien este es un dispositivo monocromático, las tendencias más amplias implican el desarrollo de nuevos fósforos y materiales de emisión directa para rangos de color más amplios en pantallas a todo color, aunque el rojo AlInGaP es un componente clave en dichos sistemas RGB.