Hoja de Datos del Display LED de Matriz de Puntos LTP-1457AKD - Altura 1.2 pulgadas (30.42mm) - Rojo Hiper AlInGaP - Matriz 5x7 - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTP-1457AKD es un módulo de visualización alfanumérica de un dígito, diseñado para aplicaciones que requieren una salida de caracteres clara y fiable. Su función principal es representar visualmente datos, típicamente caracteres codificados en ASCII o EBCDIC, a través de una cuadrícula de diodos emisores de luz (LEDs) direccionables individualmente.

El dispositivo está construido alrededor de una matriz de 5 columnas por 7 filas (5x7) de chips LED Rojo Hiper de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio). Este material semiconductor se cultiva sobre un sustrato de Arseniuro de Galio (GaAs) no transparente, lo que contribuye a su rendimiento óptico. La presentación visual cuenta con una placa frontal gris con puntos blancos, proporcionando un alto contraste para los elementos rojos iluminados. Los objetivos de diseño principales de este componente son el bajo consumo de energía, la fiabilidad de estado sólido y un amplio ángulo de visión logrado mediante una construcción de un solo plano. Se clasifica en función de la intensidad luminosa, permitiendo el emparejamiento de brillo en aplicaciones de múltiples dígitos, y es apilable horizontalmente para formar pantallas de varios caracteres.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos parámetros definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o bajo estos límites.

• Disipación de Potencia Media por Punto:40 mW. Esta es la potencia continua máxima que cada segmento LED puede manejar sin sobrecalentarse.
• Corriente Directa de Pico por Punto:90 mA. Esto solo es permisible en condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1 ms para evitar sobreestrés térmico.
• Corriente Directa Media por Punto:15 mA a 25°C. Esta corriente se reduce linealmente por encima de 25°C a una tasa de 0.2 mA/°C. Por ejemplo, a 85°C, la corriente media máxima permitida sería aproximadamente: 15 mA - ((85°C - 25°C) * 0.2 mA/°C) = 3 mA.
• Voltaje Inverso por Punto:5 V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede causar ruptura de la unión.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura:Resiste 260°C durante un máximo de 3 segundos, medido a 1.6mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento del encapsulado.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento garantizados bajo condiciones de prueba específicas a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Intensidad Luminosa Media (I_V):Varía desde 800 μcd (mín) hasta 2600 μcd (típ), probada a una corriente de pico (I_p) de 32 mA con un ciclo de trabajo de 1/16. La intensidad se mide usando un filtro que aproxima la curva de respuesta fotópica (CIE) del ojo humano.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):Típicamente 650 nm cuando se excita con una corriente directa (I_F) de 20 mA. Esta es la longitud de onda a la cual la potencia óptica de salida es mayor.
• Ancho de Media Altura Espectral (Δλ):Típicamente 20 nm (I_F=20mA). Esto indica la dispersión de la longitud de onda de la luz emitida alrededor del pico.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):Típicamente 639 nm (I_F=20mA). Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano, que puede diferir ligeramente de la longitud de onda de pico.
• Voltaje Directo por Punto (V_F):Varía de 2.1V a 2.8V dependiendo de la corriente. A I_F=20mA: 2.1V (mín), 2.6V (típ). A I_F=80mA: 2.3V (mín), 2.8V (típ).
• Corriente Inversa por Punto (I_R):Máximo 100 μA cuando se aplica un voltaje inverso (V_R) de 5V.
• Relación de Emparejamiento de Intensidad Luminosa (I_V-m):Máximo 2:1. Esto especifica que la diferencia de brillo entre dos puntos (o segmentos) cualesquiera en el mismo dispositivo bajo las mismas condiciones de excitación no excederá un factor de dos.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica que el dispositivo está "Clasificado por Intensidad Luminosa". Esto implica un proceso de clasificación o selección posterior a la fabricación. Debido a las variaciones inherentes en el crecimiento epitaxial del semiconductor y el procesamiento del chip, los LEDs de un mismo lote de producción pueden tener salidas ópticas ligeramente diferentes. Para garantizar la consistencia en las aplicaciones, especialmente en pantallas de múltiples dígitos donde la uniformidad del brillo es crítica, las unidades fabricadas se prueban y clasifican en diferentes "bins" según su intensidad luminosa medida. Los diseñadores pueden entonces especificar un código de bin al realizar el pedido para garantizar que todas las unidades en su ensamblaje caigan dentro de un rango de brillo estrecho, evitando que algunos caracteres aparezcan más tenues o brillantes que otros. Si bien esta hoja de datos no enumera los códigos de bin o rangos de intensidad específicos, la práctica es estándar para asegurar la calidad visual.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La página final de la hoja de datos está dedicada a las "Curvas Típicas de Características Eléctricas / Ópticas". Estos gráficos son invaluables para comprender el comportamiento del dispositivo más allá de las especificaciones de punto único listadas en las tablas. Si bien las curvas específicas no se detallan en el texto proporcionado, los gráficos típicos para un dispositivo de este tipo incluirían:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V):Muestra la relación no lineal entre la corriente y el voltaje a través de la unión LED. Ayuda en el diseño del circuito limitador de corriente.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa:Demuestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente, típicamente de manera sub-lineal a corrientes más altas debido al calentamiento y la caída de eficiencia.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Ilustra la disminución en la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de la unión, lo cual es crítico para aplicaciones que operan en un amplio rango de temperatura.
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa versus longitud de onda, que muestra la forma y el ancho del espectro de luz roja emitida.

Estas curvas permiten a los ingenieros predecir el rendimiento bajo sus condiciones operativas específicas, que pueden diferir de las condiciones de prueba estándar.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

La construcción física del LTP-1457AKD está definida por sus dimensiones de encapsulado y su circuito interno.

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo tiene una altura de matriz de 1.2 pulgadas (30.42 mm). Se proporciona un dibujo detallado con dimensiones en la página 2 de la hoja de datos. Todas las dimensiones se especifican en milímetros, con una tolerancia general de ±0.25 mm (±0.01 pulgadas) a menos que una característica específica requiera una tolerancia diferente. Este dibujo es esencial para el diseño de la huella en la PCB (Placa de Circuito Impreso), asegurando que el componente encaje correctamente y se alinee con las almohadillas de soldadura de la placa.

5.2 Circuito Interno y Asignación de Pines

La pantalla utiliza una configuración de cátodo común para las filas. El diagrama del circuito interno muestra una matriz 5x7 donde cada LED (punto) se forma en la intersección de una línea de ánodo (columna) y una línea de cátodo (fila). Para iluminar un punto específico, su ánodo de columna correspondiente debe ser excitado a nivel alto (con limitación de corriente apropiada), mientras que su cátodo de fila debe ser llevado a nivel bajo.

La tabla de conexión de pines es crucial para la interfaz:

- Los pines 1, 2, 5, 7, 8, 9, 12, 14 se conectan a los Cátodos de Fila (1-7).

- Los pines 3, 4, 6, 10, 11, 13 se conectan a los Ánodos de Columna (1-5).

Nota: Hay una discrepancia en la lista proporcionada donde el Pin 11 aparece como "ÁNODO COLUMNA 3" y el Pin 4 también es "ÁNODO COLUMNA 3". En una matriz 5x7 estándar con 12 pines (14 pines con 2 posiblemente sin usar), esto probablemente sea un error en la documentación; uno debería ser Columna 1, 2, 3, 4 o 5. Se debe consultar el diagrama real de la hoja de datos para obtener el mapeo correcto y sin ambigüedades. Se requiere un circuito de excitación de multiplexado adecuado para activar secuencialmente filas y columnas para formar caracteres sin efecto fantasma.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

La especificación de ensamblaje clave proporcionada es el perfil de temperatura de soldadura. El dispositivo puede soportar una temperatura máxima de 260°C durante una duración máxima de 3 segundos. Esto se mide en un punto a 1.6mm por debajo del plano de asiento del cuerpo del encapsulado, lo que corresponde aproximadamente a la superficie de la PCB o a la propia unión de soldadura. Esta clasificación es compatible con los procesos estándar de soldadura por reflujo sin plomo (SnAgCu). Los diseñadores deben asegurarse de que el perfil de su horno de reflujo no exceda este límite de tiempo a temperatura para evitar daños en los chips LED, las conexiones internas por alambre o el material plástico del encapsulado. Se deben observar las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Esta pantalla es adecuada para aplicaciones que requieren un solo carácter o símbolo altamente legible. Su naturaleza apilable permite su uso en configuraciones de múltiples caracteres. Usos comunes incluyen:

- Paneles de instrumentación (voltímetros, multímetros, contadores de frecuencia).

- Indicadores de estado de sistemas de control industrial.

- Pantallas de terminales punto de venta (TPV).

- Tableros de mensajes simples o marcadores cuando se combinan múltiples unidades.

- Interfaces de usuario de sistemas embebidos para códigos de estado o salida de un solo dígito.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Excitación:Se necesita un microcontrolador con suficientes pines de E/S o un CI controlador de pantalla LED dedicado (como un MAX7219 o similar) para el multiplexado. Cada pin suministrará o absorberá corriente para múltiples LEDs, así que asegúrese de no exceder los límites de corriente por pin del MCU o del controlador.
• Limitación de Corriente:Son obligatorios resistores limitadores de corriente externos para cada columna de ánodo (o un controlador de corriente constante) para establecer la corriente directa (I_F) a un valor seguro, típicamente entre 10-20 mA para operación continua, considerando la reducción por temperatura.
• Disipación de Potencia:Calcule la disipación de potencia total, especialmente cuando se iluminan múltiples puntos simultáneamente. Asegúrese de que permanezca dentro de los límites térmicos del dispositivo y de la PCB.
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión es beneficioso para aplicaciones donde la pantalla puede verse desde un costado.
• Especifique un bin de intensidad al realizar el pedido para aplicaciones con múltiples unidades para garantizar uniformidad visual.Consistencia del Brillo:

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Los diferenciadores principales del LTP-1457AKD son su uso de la tecnología Rojo Hiper AlInGaP y su formato mecánico/eléctrico específico.

• vs. LEDs Rojos Estándar GaAsP o GaP:Los LEDs AlInGaP generalmente ofrecen una mayor eficiencia luminosa, mejor estabilidad térmica y un color rojo más saturado y puro (longitud de onda dominante ~639nm) en comparación con tecnologías más antiguas, que pueden parecer más anaranjadas.
• vs. Pantallas de Matriz de Puntos Más Grandes o Más Pequeñas:La altura de 1.2" y el formato 5x7 representan un compromiso específico de tamaño y resolución, ofreciendo buena legibilidad a una distancia moderada. Los formatos más pequeños ahorran espacio pero reducen la legibilidad; los formatos más grandes son más visibles desde lejos pero consumen más energía y área de placa.
• vs. Pantallas con Controlador Integrado:Esta es una matriz LED "cruda". Las pantallas con controladores integrados (I2C, SPI) simplifican la interfaz con el microcontrolador pero pueden ser menos flexibles o más costosas. El LTP-1457AKD ofrece control directo a costa de un circuito de excitación más complejo.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros)

P: ¿Puedo excitar esta pantalla directamente con un microcontrolador de 5V?

A: Posiblemente, pero con precaución. El V_Ftípico es de 2.1-2.8V. Un pin de MCU de 5V aplicaría 5V al ánodo, lo que sin un resistor limitador de corriente destruiría el LED. Debe usar una resistencia en serie. El cálculo es: R = (V_{de alimentación}- V_F) / I_F. Para una fuente de 5V, V_F=2.6V, e I_F=20mA, R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω. Además, asegúrese de que el MCU pueda suministrar/absorber la corriente multiplexada requerida.

P: ¿Qué significa "Ciclo de Trabajo 1/16" en la condición de prueba para intensidad luminosa?

A: Significa que el LED se pulsa encendido durante 1/16 del tiempo total del ciclo. Para pantallas multiplexadas, este es un método de excitación común. La corriente de pico durante el tiempo de encendido (32 mA en la prueba) es más alta que la que podría usarse para operación en CC para lograr un brillo percibido equivalente a una corriente CC más baja. La corriente media es (Corriente de Pico * Ciclo de Trabajo) = 32mA * (1/16) = 2 mA.

P: ¿Cómo creo caracteres como letras y números?

A: Necesita una tabla de fuentes o un generador de caracteres en su software. Esta es una tabla de búsqueda que define qué puntos (combinaciones de ánodo/columna, cátodo/fila) iluminar para cada código ASCII o EBCDIC. Por ejemplo, el carácter "A" se mapearía a un patrón específico a través de las 5 columnas y 7 filas.

10. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Diseñando un Indicador de RPM de un Dígito para un Controlador de Motor.

La pantalla necesita mostrar un número del 0 al 9 que represente un rango de velocidad. Se selecciona un microcontrolador de bajo costo con 12 pines de E/S.

Implementación:7 pines se configuran como salidas de drenador abierto para excitar las filas de cátodo (absorbiendo corriente). 5 pines se configuran como salidas digitales para excitar las columnas de ánodo a través de resistencias limitadoras de corriente (suministrando corriente). El firmware contiene un mapa de fuente 5x7 para los dígitos 0-9. Ejecuta una interrupción de temporizador que activa secuencialmente cada fila (1-7) llevando su pin de cátodo a nivel bajo. Para la fila activa, el firmware establece los 5 pines de ánodo a nivel alto según el patrón de fuente para el dígito que se mostrará en esa fila específica. Este multiplexado ocurre más rápido de lo que el ojo humano puede percibir (ej., >100 Hz), creando una imagen estable y sin parpadeo. La corriente media por LED se mantiene en 10 mA (corriente de pico ajustada por el ciclo de trabajo) para garantizar fiabilidad a largo plazo dentro de los límites de disipación de potencia.

11. Principio de Operación

El principio fundamental es la electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. El material AlInGaP tiene un bandgap directo. Cuando se polariza directamente (voltaje positivo en el ánodo en relación con el cátodo), los electrones se inyectan desde la región tipo n a la banda de conducción, y los huecos se inyectan desde la región tipo p a la banda de valencia. Estos portadores de carga se recombinan en la región activa cerca de la unión. En un material de bandgap directo como el AlInGaP, una porción significativa de estas recombinaciones es radiativa, lo que significa que liberan energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda (color) de esta luz está determinada por la energía del bandgap (E_g) del material semiconductor, según la ecuación λ ≈ hc/E_g. Para AlInGaP sintonizado para luz roja, esto resulta en fotones con una longitud de onda alrededor de 650 nm. La disposición de matriz 5x7 es simplemente una cuadrícula de estos LEDs individuales de unión p-n, con sus ánodos y cátodos conectados en un patrón cruzado para minimizar el número de pines de excitación requeridos.

12. Tendencias Tecnológicas

Si bien el LTP-1457AKD representa una tecnología madura y fiable, el campo más amplio de la tecnología de visualización continúa evolucionando. Las pantallas discretas de matriz de puntos LED de este tipo enfrentan competencia de módulos integrados que utilizan LEDs de dispositivo de montaje superficial (SMD), que pueden ser más pequeños y ofrecer mayor resolución. Además, las tecnologías de LED orgánico (OLED) y micro-LED están avanzando, prometiendo pantallas más delgadas, eficientes y de mayor contraste. Para el nicho específico de pantallas simples, robustas, de un solo carácter o de múltiples caracteres de baja resolución, los LEDs de AlInGaP y semiconductores III-V similares siguen siendo muy relevantes debido a su fiabilidad probada, amplio rango de temperatura de operación, alto brillo y rentabilidad para aplicaciones industriales y de instrumentación. La tendencia en este segmento es hacia una mayor eficiencia (más luz por vatio) y una clasificación más estricta para la consistencia de color y brillo.