Hoja de Datos del Display LED LTC-5723JD - Altura de Dígito 0.56 Pulgadas - Rojo AlInGaP - Cátodo Común Multiplexado - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTC-5723JD es un módulo de display de siete segmentos y cuatro dígitos de alto rendimiento, diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y brillantes. Su función principal es representar visualmente datos numéricos a través de cuatro dígitos distintos, cada uno compuesto por siete segmentos direccionables individualmente más un punto decimal. La tecnología central detrás de esta pantalla es el uso de chips de diodos emisores de luz de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP), reconocidos por su alta eficiencia y excelente salida luminosa en el espectro rojo. Estos chips se fabrican sobre un sustrato de Arseniuro de Galio (GaAs) no transparente, lo que contribuye al contraste y rendimiento general del dispositivo. El display presenta una placa frontal gris con marcas de segmentos blancas, mejorando la legibilidad al proporcionar un fondo de alto contraste para los segmentos rojos iluminados. Esta combinación es particularmente efectiva en diversas condiciones de iluminación, asegurando que la información mostrada sea fácilmente discernible.

El dispositivo está diseñado para operación multiplexada, utilizando una configuración de cátodo común para cada dígito. Este diseño reduce significativamente el número de pines de entrada/salida requeridos desde un microcontrolador o circuito controlador, convirtiéndolo en una solución eficiente en espacio y rentable para displays multidígito. Al activar secuencialmente cada dígito a alta frecuencia, los cuatro dígitos parecen estar continuamente iluminados para el ojo humano, una técnica estándar en displays LED multiplexados. El LTC-5723JD está categorizado por intensidad luminosa, lo que significa que las unidades se clasifican y venden según rangos específicos de brillo, permitiendo a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con requisitos precisos de la aplicación para uniformidad o umbrales mínimos de brillo.

1.1 Características y Ventajas Clave

El display ofrece varias ventajas distintivas que lo hacen adecuado para una amplia gama de aplicaciones industriales, comerciales y de instrumentación.

• Rendimiento Óptico:Ofrece alto brillo y alto contraste, asegurando una excelente apariencia y legibilidad de los caracteres incluso en entornos muy iluminados. El amplio ángulo de visión permite leer el display claramente desde varias posiciones, no solo de frente.
• Eficiencia Eléctrica:El dispositivo tiene un bajo requerimiento de potencia por segmento, contribuyendo a un menor consumo de energía general del sistema. El uso de la tecnología de alta eficiencia AlInGaP es fundamental para lograr este rendimiento.
• Diseño y Fiabilidad:Presenta segmentos continuos y uniformes, que proporcionan una estética limpia y profesional sin rupturas visibles en las barras iluminadas. Como dispositivo de estado sólido, ofrece una fiabilidad y longevidad superiores en comparación con displays mecánicos o basados en vacío, sin partes móviles o filamentos que se desgasten.
• Características Físicas:Con una altura de dígito de 0.56 pulgadas (14.2 mm), proporciona una pantalla numérica grande y fácilmente legible, adecuada para medidores de panel, equipos de prueba y otros dispositivos donde los datos deben monitorearse a distancia.

2. Especificaciones Técnicas e Interpretación Objetiva

Esta sección proporciona un análisis detallado y objetivo de los parámetros eléctricos, ópticos y físicos especificados en la hoja de datos. Comprender estas especificaciones es crucial para un diseño de circuito adecuado y para garantizar una operación confiable dentro de los límites del dispositivo.

2.1 Clasificaciones Absolutas Máximas

Estas clasificaciones definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se garantiza la operación en o bajo estos límites y debe evitarse en uso normal.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la cantidad máxima de potencia que puede disiparse de forma segura como calor por un solo segmento LED bajo cualquier condición.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:90 mA. Esta corriente solo está permitida bajo condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1 ms. Se utiliza para lograr un brillo instantáneo muy alto, por ejemplo, en esquemas multiplexados.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta clasificación disminuye linealmente por encima de 25°C a una tasa de 0.28 mA/°C. Para una operación confiable a largo plazo, la corriente continua debe reducirse a medida que aumenta la temperatura ambiente para evitar el sobrecalentamiento.
• Voltaje Inverso por Segmento:5 V. Aplicar un voltaje inverso mayor que este valor puede dañar la unión del LED.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para rangos de temperatura industrial.
• Temperatura de Soldadura:Máximo 260°C durante un máximo de 3 segundos, medido a 1.6 mm por debajo del plano de asiento. Esto es crítico para los procesos de soldadura por ola o reflujo para prevenir daños térmicos a los chips LED o al encapsulado.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

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

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):340 μcd (Mín), 700 μcd (Típ) a una corriente directa (I_F) de 1 mA. Esta es una medida del brillo percibido de un segmento. El amplio rango indica que el dispositivo está disponible en diferentes clasificaciones de brillo.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):650 nm (Típ) a I_F=20 mA. Esta es la longitud de onda a la cual la potencia de salida óptica es mayor, ubicándola en la porción roja brillante del espectro visible.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):20 nm (Típ) a I_F=20 mA. Esto indica la pureza espectral; un valor más pequeño significa una salida más monocromática (color puro).
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):639 nm (Típ) a I_F=20 mA. Esta es la longitud de onda única que mejor representa el color percibido de la luz.
• Voltaje Directo (V_F):2.1V (Típ), 2.6V (Máx) a I_F=20 mA. Esta es la caída de voltaje a través del LED durante la operación. Es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Corriente Inversa (I_R):100 μA (Máx) a un voltaje inverso (V_R) de 5V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el LED está polarizado inversamente dentro de su clasificación máxima.
• 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 diferentes segmentos del mismo dispositivo, asegurando uniformidad visual.

Nota sobre la Medición:La intensidad luminosa se mide utilizando una combinación de sensor y filtro que se aproxima a la curva de respuesta del ojo fotópico CIE, asegurando que los valores correspondan a la percepción humana del brillo.

3. Explicación del Sistema de Clasificación

La hoja de datos indica que el dispositivo está "categorizado para intensidad luminosa". Esto se refiere a una práctica común en la fabricación de LED conocida como clasificación (binning).

• Clasificación por Intensidad Luminosa:Debido a las variaciones inherentes en el proceso de fabricación de semiconductores, los LED de un mismo lote de producción pueden tener salidas de brillo ligeramente diferentes. Los fabricantes prueban y clasifican (bin) estos LED en grupos según su intensidad luminosa medida a una corriente de prueba estándar (ej., 1 mA). El LTC-5723JD está disponible con una intensidad mínima de 340 μcd y una típica de 700 μcd. Los códigos de pedido específicos o sufijos probablemente corresponden a diferentes clasificaciones de brillo (ej., una clasificación estándar y una de alto brillo). Los diseñadores pueden especificar la clasificación requerida para asegurar consistencia entre múltiples displays en un producto o para cumplir con un requisito mínimo de brillo.
• Clasificación por Longitud de Onda/Color:Aunque no se detalla explícitamente en el extracto proporcionado, los LED AlInGaP también pueden clasificarse por longitud de onda dominante o de pico para asegurar un tono de rojo consistente en todos los segmentos y dispositivos. Los valores típicos ajustados para λ_p(650 nm) y λ_d(639 nm) sugieren una buena consistencia de color inherente.

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, las curvas estándar para tales dispositivos típicamente incluyen:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I_F-V_F):Esta curva no lineal muestra cuánto voltaje se requiere para lograr una corriente directa dada. Es esencial para diseñar el circuito controlador, especialmente para controladores de corriente constante.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Curva I_V-I_F):Esta curva muestra cómo aumenta el brillo con la corriente. Generalmente es lineal en un rango pero se satura a corrientes muy altas. Ayuda a determinar la corriente de operación necesaria para lograr un nivel de brillo deseado.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente (Curva I_V-T_a):Esto muestra cómo disminuye el brillo a medida que aumenta la temperatura ambiente (o de unión). Esta reducción es crítica para aplicaciones que operan en entornos de alta temperatura.
• Intensidad Relativa vs. Longitud de Onda (Espectro):Un gráfico que muestra la distribución de la salida de luz a través de diferentes longitudes de onda, centrado alrededor de la longitud de onda de emisión de pico. Define las características de color del LED.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Paquete

El dibujo mecánico proporciona dimensiones críticas para el diseño de la huella en PCB y los cortes del panel. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario. Las características clave incluyen la longitud, anchura y altura total del paquete, el espaciado entre dígitos, el tamaño y posición de los pines de montaje, y la ubicación del punto decimal en relación con los dígitos. Los diseñadores deben adherirse a estas dimensiones para garantizar un ajuste físico y alineación adecuados en el ensamblaje final del producto.

5.2 Conexión de Pines y Diagrama de Circuito Interno

El dispositivo tiene una configuración de 12 pines. El diagrama de circuito interno revela una arquitectura multiplexada de cátodo común.

• Pinout:
  
  1: Ánodo E
  
  2: Ánodo D
  
  3: Ánodo DP (Punto Decimal)
  
  4: Ánodo C
  
  5: Ánodo G
  
  6: Cátodo Común (Dígito 4)
  
  7: Ánodo B
  
  8: Cátodo Común (Dígito 3)
  
  9: Cátodo Común (Dígito 2)
  
  10: Ánodo F
  
  11: Ánodo A
  
  12: Cátodo Común (Dígito 1)
• Arquitectura del Circuito:Todos los ánodos de segmentos similares (ej., todos los segmentos "A" de los dígitos 1-4) están conectados internamente a un solo pin. Cada dígito tiene su propio pin de cátodo común dedicado. Para iluminar un segmento específico en un dígito específico, el pin del ánodo correspondiente debe activarse a nivel alto (o conectarse a una fuente de corriente), y el pin del cátodo del dígito correspondiente debe activarse a nivel bajo (conectado a tierra). Esta estructura minimiza las líneas de control requeridas de 32 (4 dígitos * 8 segmentos) a solo 12 (7 ánodos de segmentos + 1 ánodo DP + 4 cátodos de dígitos).

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

Es obligatorio adherirse al perfil de soldadura especificado para prevenir daños.

• Parámetros de Soldadura por Reflujo:La temperatura máxima permitida en la unión del terminal/soldadura es de 260°C, y esta temperatura no debe mantenerse por más de 3 segundos. El perfil debe diseñarse para permanecer dentro de esta ventana. El precalentamiento es necesario para minimizar el choque térmico.
• Soldadura Manual:Si es necesaria la soldadura manual, debe usarse un cautín con control de temperatura. El tiempo de contacto por pin debe minimizarse, idealmente a menos de 3 segundos, utilizando una punta de baja masa térmica.
• Limpieza:Utilice solo agentes de limpieza compatibles con la placa frontal de plástico y los materiales epoxi del display. Deben evitarse disolventes agresivos.
• Condiciones de Almacenamiento:El dispositivo debe almacenarse en su bolsa de barrera de humedad original en un entorno dentro del rango de temperatura de almacenamiento (-35°C a +85°C) y con baja humedad. Si la bolsa se ha abierto, los dispositivos deben usarse dentro de un período de tiempo especificado o secarse antes de soldar si han absorbido humedad.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Equipos de Prueba y Medición:Multímetros digitales, osciloscopios, fuentes de alimentación y contadores de frecuencia.
• Controles e Instrumentación Industrial:Medidores de panel para monitoreo de temperatura, presión, flujo y nivel; temporizadores de proceso; displays contadores.
• Electrónica de Consumo y Comercial:Sistemas de punto de venta, básculas, radios despertadores y displays de electrodomésticos.
• Mercado de Accesorios Automotrices:Calibradores y herramientas de diagnóstico (donde se cumplan las especificaciones ambientales).

7.2 Consideraciones de Diseño y Circuito Controlador

• Controlador Multiplexado:Casi siempre se requiere un microcontrolador o un CI controlador de display dedicado (ej., MAX7219, TM1637). El firmware o hardware debe ciclar a través de los cuatro dígitos rápidamente (típicamente >100 Hz) para evitar parpadeo visible.
• Limitación de Corriente:Cada línea de ánodo o cátodo debe tener resistencias limitadoras de corriente apropiadas o ser controlada por una fuente de corriente constante. El valor de la resistencia se calcula usando R = (V_suministro- V_F) / I_F. Para un suministro de 5V y un objetivo I_Fde 10 mA con un V_Ftípico de 2.1V, R = (5 - 2.1) / 0.01 = 290 Ω. Una resistencia de 270 Ω o 330 Ω sería adecuada.
• Disipación de Potencia:Calcule la potencia total para el peor escenario (todos los segmentos de un dígito encendidos). Con 8 segmentos a 10 mA cada uno y V_F=2.1V, la potencia por dígito es 8 * 0.01 * 2.1 = 0.168W. Asegúrese de que el circuito controlador pueda manejar esto.
• Ángulo de Visión y Montaje:Posicione el display detrás del corte del panel para que el bisel no obstruya el amplio ángulo de visión. Asegure un soporte trasero uniforme para evitar estrés en los pines.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con otras tecnologías de display y tipos de LED:

• vs. LCD:Los LED son emisivos (producen su propia luz), ofreciendo brillo superior, ángulos de visión más amplios y mejor rendimiento en entornos de baja temperatura. No requieren retroiluminación. Sin embargo, típicamente consumen más energía que los LCD reflectivos y tienen un color fijo.
• vs. Otros Colores de LED (GaAsP, GaP):La tecnología AlInGaP, como la utilizada en el LTC-5723JD, ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor y mejor estabilidad térmica que los materiales de LED rojo más antiguos como GaAsP, resultando en displays más brillantes con color más consistente en temperatura.
• vs. Displays de un Dígito o Más Pequeños:La integración de cuatro dígitos en un solo paquete ahorra espacio en la PCB, reduce el tiempo de ensamblaje y mejora la precisión de alineación en comparación con el uso de cuatro displays de un solo dígito separados.
• vs. Displays de Ánodo Común:La elección entre cátodo común y ánodo común a menudo está dictada por el CI controlador o el circuito del microcontrolador. El cátodo común se usa frecuentemente con microcontroladores que suministran corriente bien pero absorben menos, ya que pueden suministrar corriente a los ánodos y usar transistores NPN o MOSFETs de canal N para absorber las corrientes de cátodo más altas.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

• P: ¿Puedo controlar este display con un microcontrolador de 3.3V?
  
  A: Sí, pero debe verificar el voltaje directo. A una corriente de control más baja (ej., 5 mA), V_Fpuede estar alrededor de 2.0V, dejando 1.3V para la resistencia limitadora de corriente, lo cual es suficiente. Es posible que necesite reducir la corriente objetivo para mantener el brillo o usar un CI controlador que pueda aumentar el voltaje a los segmentos.
• P: ¿Por qué la corriente de pico (90 mA) es mucho mayor que la corriente continua (25 mA)?
  
  A: Los LED pueden manejar pulsos de corriente muy altos y cortos sin sobrecalentarse porque la masa térmica del chip evita un aumento rápido de temperatura. Esto se aprovecha en la multiplexación, donde cada dígito solo está encendido el 25% del tiempo (ciclo de trabajo 1/4). Una corriente de pico de 40-50 mA con un ciclo de trabajo del 25% puede hacer que el display parezca mucho más brillante que funcionar a 25 mA continuamente.
• P: ¿Qué significa "relación de coincidencia de intensidad luminosa 2:1" en la práctica?
  
  A: Significa que dentro de un solo dispositivo, el segmento más tenue no será menos de la mitad de brillante que el segmento más brillante bajo las mismas condiciones de prueba. Esto asegura uniformidad visual en todo el display. Para aplicaciones críticas, puede ser necesario especificar una clasificación más ajustada (ej., 1.5:1).
• P: ¿Cómo calculo la frecuencia de refresco para la multiplexación?
  
  A: El ciclo completo de iluminar los cuatro dígitos debe completarse a una velocidad lo suficientemente alta para evitar el parpadeo, típicamente >60-100 Hz. Por lo tanto, el período para cada dígito es 1/(Frecuencia de Refresco * Número de Dígitos). Para un refresco de 100 Hz y 4 dígitos, cada dígito está encendido durante 1/400s = 2.5 ms. El temporizador del microcontrolador debe cambiar de dígito cada 2.5 ms.

10. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Diseñando un Voltímetro Simple de 4 Dígitos.

Un diseñador está creando un voltímetro de CC de 0-30V. El voltaje analógico es leído por el ADC de un microcontrolador. El microcontrolador debe controlar el display LTC-5723JD.

1. Diseño de Hardware:Los pines de E/S del microcontrolador están conectados a las 8 líneas de ánodo (A-G, DP) a través de resistencias limitadoras de corriente de 330Ω. Otros cuatro pines de E/S están conectados a las bases de cuatro transistores NPN (ej., 2N3904). Los colectores de estos transistores se conectan a los cuatro pines de cátodo (Dígitos 1-4), y los emisores se conectan a tierra. Se usa una resistencia de base (ej., 4.7kΩ) para cada transistor.
2. Lógica de Firmware:El firmware convierte la lectura del ADC en cuatro dígitos separados. Entra en una rutina de interrupción de temporizador que funciona a 400 Hz. En cada interrupción, apaga todos los transistores de dígitos. Luego establece las líneas de ánodo (a través de un puerto o registro de desplazamiento) al patrón de segmentos para el siguiente dígito en secuencia. Finalmente, enciende el transistor para ese dígito específico. Este ciclo se repite continuamente.
3. Control de Brillo:El brillo del display puede ajustarse de dos maneras: 1) Cambiando el valor de las resistencias limitadoras de corriente (menor resistencia = mayor corriente = más brillo), manteniéndose dentro de las clasificaciones máximas. 2) Usando Modulación por Ancho de Pulso (PWM) en las líneas de habilitación de dígitos dentro de la rutina de multiplexación, cambiando efectivamente el ciclo de trabajo para todos los dígitos simultáneamente.

11. Principio de Operación

El principio de operación fundamental se basa en la electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo que excede el voltaje de encendido del diodo (aproximadamente 2.1V para este material AlInGaP), los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región activa donde se recombinan. En un semiconductor de banda prohibida directa como AlInGaP, esta recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación Al_xIn_yGa_1-x-yP determina la energía de la banda prohibida y, por lo tanto, la longitud de onda (color) de la luz emitida, que está en el espectro rojo para este dispositivo. El sustrato de GaAs no transparente absorbe cualquier luz emitida hacia abajo, mejorando el contraste al prevenir reflexiones internas que podrían iluminar segmentos no activados.

12. Tendencias Tecnológicas

Si bien la tecnología AlInGaP representada en esta hoja de datos es madura y altamente confiable, el campo más amplio de la tecnología de displays continúa evolucionando. Las tendencias incluyen el desarrollo de materiales aún más eficientes, como aquellos basados en Nitruro de Galio (GaN) para azul y verde, que ahora son dominantes. Para displays numéricos multidígito, existe una tendencia hacia módulos completamente integrados con controladores incorporados, interfaces I2C o SPI, y a veces incluso fuentes y caracteres especiales integrados, simplificando el diseño. Además, los displays OLED de matriz de puntos y micro-LED ofrecen potencial para una mayor flexibilidad al mostrar información alfanumérica y gráfica en factores de forma similares. Sin embargo, para aplicaciones que requieren lecturas numéricas simples, brillantes, robustas y rentables, los displays LED de siete segmentos dedicados como el LTC-5723JD siguen siendo una solución altamente viable y popular debido a su rendimiento probado, simplicidad y excelente legibilidad.