Hoja de Datos del Display LED de Matriz de Puntos 5x7 LTP-2257KA - Altura 1.97 Pulgadas - Rojo-Naranja AlInGaP - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTP-2257KA es un módulo de visualización alfanumérico 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 (LED) direccionables individualmente. El dispositivo está diseñado para integrarse en sistemas donde el bajo consumo de energía, la fiabilidad de estado sólido y los amplios ángulos de visión son factores de rendimiento críticos.

El mercado principal para este componente incluye paneles de control industrial, instrumentación, terminales punto de venta (TPV), displays de información básica y sistemas embebidos donde se necesita una lectura de caracteres simple y robusta. Su diseño apilable permite crear displays multi-carácter de forma horizontal, proporcionando flexibilidad para mostrar palabras o números.

La ventaja tecnológica principal radica en el uso de material semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP) para los chips LED. Este sistema de material es conocido por producir emisión de luz de alta eficiencia en el espectro del rojo al ámbar-naranja, ofreciendo una buena visibilidad. El display presenta una cara negra, que proporciona un alto contraste con los puntos blancos iluminados, mejorando significativamente la legibilidad en diversas condiciones de iluminación ambiental.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

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

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico es central para la función del display. Los parámetros clave se miden bajo condiciones de prueba estandarizadas (Ta=25°C) para garantizar la consistencia.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):Varía desde un mínimo de 2100 µcd hasta un máximo de 5000 µcd, con un valor típico implícito. Esta intensidad se mide por punto bajo una condición de excitación pulsada de I_p=32mA con un ciclo de trabajo de 1/16. El ciclo de trabajo de 1/16 es típico para las excitaciones de matriz multiplexada, donde cada fila está activa solo una fracción del tiempo. El sensor utilizado aproxima la función de luminosidad fotópica CIE, asegurando que la medición se correlacione con la sensibilidad del ojo humano.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):Típicamente 621 nanómetros (nm). Esto indica la longitud de onda a la cual la potencia óptica de salida es mayor. Se encuentra dentro de la región rojo-naranja del espectro visible.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):615 nm. Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano que coincide con el color de la salida del LED. Es ligeramente inferior a la longitud de onda pico, lo cual es común debido a la forma del espectro de emisión.
• Ancho de Línea Espectral a Media Altura (Δλ):Aproximadamente 18 nm. Este parámetro define el ancho de banda de la luz emitida, específicamente el ancho de la curva espectral a la mitad de su potencia máxima. Un valor de 18 nm indica una fuente monocromática de banda relativamente estrecha, característica de los LEDs AlInGaP y que resulta en un color saturado.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):Máximo 2:1. Este es un parámetro crítico para la uniformidad del display. Especifica que la intensidad luminosa de cualquier punto individual no será más del doble que la de cualquier otro punto dentro del mismo módulo de visualización. Esto asegura un brillo consistente en todos los segmentos de un carácter.

2.2 Características Eléctricas

Los parámetros eléctricos definen la interfaz y los requisitos de potencia para el dispositivo.

• Tensión Directa (V_F):Varía de 2.05V (mín.) a 2.6V (máx.) por punto a una corriente de prueba (I_F) de 20mA. Esta es la caída de tensión a través del LED cuando conduce. Los diseñadores deben asegurar que el circuito de excitación pueda proporcionar esta tensión. El valor típico no se indica, pero se encuentra dentro de este rango.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo de 100 µA a una tensión inversa (V_R) de 15V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el LED está polarizado inversamente. Generalmente es despreciable en operación, pero debe considerarse en el diseño de protección del circuito.
• Corriente Directa Promedio por Punto:La corriente promedio nominal es de 13 mA. Sin embargo, se aplica un factor de reducción de 0.17 mA/°C linealmente por encima de 25°C. Esto significa que la corriente promedio máxima permitida debe reducirse a medida que aumenta la temperatura ambiente para evitar sobrecalentamiento y fallo prematuro. Por ejemplo, a 85°C, la corriente promedio máxima sería: 13 mA - [0.17 mA/°C * (85-25)°C] = 13 - 10.2 = 2.8 mA.

2.3 Ratings Absolutos Máximos

Estos son límites de estrés que no deben excederse bajo ninguna condición, ni siquiera momentáneamente. Operar más allá de estos límites puede causar daños permanentes.

• Disipación de Potencia Promedio por Punto:Máximo 36 mW. Este es el producto de la corriente directa promedio y la tensión directa.
• Corriente Directa Pico por Punto:Máximo 100 mA. Esta es la corriente instantánea más alta permitida, típicamente relevante durante pulsos muy cortos en esquemas multiplexados.
• Tensión Inversa por Punto:Máximo 5 V. Exceder esto puede causar ruptura de la unión.
• 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 de 260°C durante un máximo de 3 segundos, medido a 1.6mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento. Esto es crucial para procesos de soldadura por ola o de reflujo.

3. Sistema de Clasificación y Binning

La hoja de datos establece explícitamente que el dispositivo está "Categorizado por Intensidad Luminosa". Esto indica que las unidades se clasifican, o se "binean", en función de su salida de luz medida. El rango de intensidad luminosa (2100-5000 µcd) probablemente representa la dispersión entre múltiples bins. Los fabricantes típicamente agrupan los LEDs en rangos de intensidad más estrechos (ej., 2100-3000 µcd, 3000-4000 µcd, 4000-5000 µcd). Esto permite a los clientes seleccionar un bin para sus requisitos específicos de uniformidad de brillo. Para un display de múltiples unidades, usar LEDs del mismo bin de intensidad es esencial para lograr una apariencia uniforme. La hoja de datos no especifica binning para tensión directa o longitud de onda, aunque los rangos mín/máx proporcionados para V_Fy λ_pdefinen la dispersión total.

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, podemos inferir su contenido estándar y su significado.

• Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa (Curva I-V):Este gráfico mostraría cómo aumenta la salida de luz con la corriente de excitación. Típicamente es no lineal, con la eficiencia cayendo a corrientes muy altas debido a efectos térmicos. El punto de prueba de pulso de 32mA probablemente esté en la parte eficiente y lineal de esta curva.
• Tensión Directa vs. Corriente Directa:Esta curva muestra la característica I-V del diodo. La tensión aumenta logarítmicamente con la corriente. La V_Fespecificada a 20mA es un solo punto en esta curva.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Esta es una curva crítica para comprender el rendimiento térmico. La salida de luz de los LEDs generalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. La reducción especificada para la corriente directa está directamente relacionada con la gestión de este efecto térmico para mantener el rendimiento y la fiabilidad.
• Distribución Espectral:Una gráfica de intensidad relativa vs. longitud de onda, mostrando un pico alrededor de 621nm y un ancho de aproximadamente 18nm a la mitad de la intensidad pico (FWHM).

5. Información Mecánica y del Paquete

El dispositivo es un componente de orificio pasante con un factor de forma estilo DIP (Dual In-line Package) estándar, adecuado para montaje en PCB.

• Altura de la Matriz:La característica física definitoria es una altura de carácter de 1.97 pulgadas (50.15 mm). Este es un display de gran formato diseñado para visualización a distancia.
• Dimensiones del Paquete:La hoja de datos incluye un dibujo detallado con dimensiones. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario. Este dibujo es esencial para el diseño de la huella en la PCB y para asegurar un ajuste adecuado dentro de una carcasa.
• Conexión de Pines:El dispositivo tiene 12 pines en una sola fila.
  • Pines 1-7: Corresponden a las Filas de Cátodo 1 a 7. En una configuración de matriz común, estas serían las líneas de barrido.
  • Pines 8-12: Corresponden a las Columnas de Ánodo 5 a 1 (notar el orden inverso: Pin 8 es Columna 5, Pin 12 es Columna 1). Estas serían las líneas de datos.
• Diagrama de Circuito Interno:El diagrama proporcionado muestra una configuración de matriz 5x7 estándar. Cada LED (punto) se encuentra en la intersección de una columna de ánodo y una fila de cátodo. Para iluminar un punto específico, su línea de ánodo correspondiente debe ser excitada a nivel alto (tensión positiva) mientras su línea de cátodo se excita a nivel bajo (tierra). Esta disposición en matriz minimiza el número de pines de excitación requeridos (12 en lugar de 35 para puntos direccionados individualmente).
• Identificación de Polaridad:La tabla de pinout identifica claramente las conexiones de ánodo y cátodo. Es probable que el paquete tenga una muesca o marca en un extremo para indicar la orientación del pin 1.

6. Guías de Soldadura y Ensamblaje

La especificación de ensamblaje clave proporcionada es para el proceso de soldadura.

• Parámetros de Soldadura por Reflujo/Ola:El rating absoluto máximo especifica que el dispositivo puede soportar una temperatura de soldadura de 260°C durante un máximo de 3 segundos. Esta medición se toma a 1.6mm por debajo del plano de asiento (es decir, a nivel de la PCB), no en el cuerpo del componente. Esta es una clasificación estándar para componentes con patas y es compatible con perfiles típicos de soldadura por ola. Para soldadura por reflujo con estaño sin plomo (que tiene puntos de fusión más altos), el perfil debe controlarse cuidadosamente para asegurar que la temperatura del cuerpo del componente no exceda la temperatura máxima de almacenamiento de 85°C durante un período prolongado, incluso si las patas ven brevemente 260°C.
• 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 menos de 3 segundos, para evitar que el calor viaje por las patas y dañe las conexiones internas de alambre o el epoxi.
• Limpieza:No se dan instrucciones de limpieza específicas. Se puede usar alcohol isopropílico estándar o removedores de flux aprobados, pero deben evitarse solventes agresivos ya que pueden dañar la cara de plástico o las marcas.
• Condiciones de Almacenamiento:El dispositivo debe almacenarse dentro de su rango de temperatura especificado de -35°C a +85°C en un ambiente seco y sin condensación. Es recomendable mantener los componentes en sus bolsas originales con barrera de humedad hasta su uso para prevenir la absorción de humedad, que puede causar "efecto palomita de maíz" durante la soldadura.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Paneles de Control Industrial:Mostrar puntos de ajuste, valores de proceso (temperatura, presión, velocidad), códigos de error o estado de la máquina.
• Equipos de Prueba y Medición:Mostrar lecturas numéricas de multímetros, fuentes de alimentación o generadores de señal.
• Electrónica de Consumo (Legado):Relojes, temporizadores, calculadoras básicas o displays de electrodomésticos.
• Prototipado de Sistemas Embebidos:Una salida simple y directa para microcontroladores (ej., Arduino, PIC) para mostrar información de depuración o mensajes al usuario.
• Displays Multi-Carácter Apilados:Colocando múltiples módulos LTP-2257KA uno al lado del otro, se pueden crear palabras, números o mensajes de desplazamiento simples para tableros de información básica o señalización.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Excitación:Se requiere un CI excitador de LED dedicado o pines GPIO de microcontrolador con resistencias limitadoras de corriente. Debido a la configuración de matriz, es necesario un esquema de multiplexación (barrido). El excitador debe suministrar corriente a las columnas de ánodo y absorber corriente de las filas de cátodo. La corriente pico por punto (100mA) y la reducción de corriente promedio deben respetarse en los cálculos de temporización de multiplexación.
• Limitación de Corriente:Las resistencias externas son obligatorias para cada columna de ánodo o fila de cátodo (dependiendo de la topología de excitación) para establecer la corriente de operación. El valor se calcula en función de la tensión de alimentación (V_CC), la tensión directa del LED (V_F), y la corriente deseada (I_F). Por ejemplo, con una alimentación de 5V, una V_Fde 2.3V, y una I_Fobjetivo de 20mA: R = (5V - 2.3V) / 0.02A = 135 Ohmios. Una resistencia estándar de 150 Ohmios sería adecuada.
• Gestión Térmica:Aunque el dispositivo es de baja potencia, debe seguirse la curva de reducción para la corriente directa en entornos de alta temperatura ambiente. Asegurar un flujo de aire adecuado si el display está encerrado. La disipación de potencia promedio por punto (36mW máx.) se traduce en una disipación máxima total para un carácter completo encendido, lo cual debe considerarse para el diseño térmico de la PCB.
• Ángulo de Visión:La característica de "amplio ángulo de visión" es beneficiosa, pero para una legibilidad óptima, el display debe montarse enfrentando al espectador principal. El diseño de cara negra/punto blanco ofrece buen contraste desde la mayoría de los ángulos.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con otras tecnologías de visualización disponibles en su momento de lanzamiento (~2000), el LTP-2257KA ofrecía ventajas específicas:

• vs. Displays Incandescentes o de Fluorescencia al Vacío (VFDs):Los LEDs son de estado sólido, ofreciendo una fiabilidad mucho mayor, resistencia a golpes/vibraciones, mayor vida útil (típicamente decenas de miles de horas) y menor tensión/potencia de operación. Tampoco requieren filamentos calentados o altas tensiones.
• vs. LCDs Tempranos:Los LEDs son emisivos, lo que significa que producen su propia luz, haciéndolos claramente visibles en condiciones de poca luz u oscuridad sin retroiluminación. Tienen un rango de temperatura de operación mucho más amplio y un tiempo de respuesta más rápido. Sin embargo, consumen más energía que los LCDs reflectivos y no son adecuados para gráficos complejos.
• vs. Otras Tecnologías LED:El uso de material AlInGaP, en comparación con los más antiguos GaAsP o GaP, proporcionaba mayor eficiencia y mejor pureza de color (rojo-naranja más saturado) para una corriente de excitación dada. El formato específico 5x7 con una gran altura de 1.97 pulgadas apuntaba a aplicaciones que necesitaban caracteres fácilmente legibles a distancia.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo excitar este display con una corriente DC constante en todos los puntos simultáneamente?

R: Técnicamente sí, pero es altamente ineficiente y excedería los ratings de potencia promedio si los 35 puntos estuvieran encendidos. El método estándar y previsto es la multiplexación, donde los puntos se iluminan una fila (o columna) a la vez a alta frecuencia, creando la ilusión de un display estable mientras se reduce drásticamente la corriente promedio.

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

R: La longitud de onda pico es donde el LED emite la mayor potencia óptica. La longitud de onda dominante es la longitud de onda única que el ojo humano percibe como coincidente con el color del LED. A menudo están cerca pero no son idénticas debido a la asimetría del espectro de emisión del LED. La longitud de onda dominante es más relevante para la percepción del color.

P: La tensión directa es de 2.05-2.6V. ¿Puedo operarlo desde una fuente de lógica de 3.3V?

R: Sí, absolutamente. Una fuente de 3.3V es suficiente para polarizar directamente el LED. Necesitará recalcular el valor de la resistencia limitadora de corriente en función de la tensión de alimentación más baja (ej., R = (3.3V - 2.3V) / 0.02A = 50 Ohmios).

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

R: Significa que el LED fue pulsado con una corriente de 32mA, pero el pulso solo estuvo activo durante 1/16 del período total de tiempo. La intensidad medida es el promedio durante todo el período. Esto simula las condiciones en un esquema de excitación multiplexada 1:16 (ej., 7 filas + 9 espacios en blanco = 16 intervalos de tiempo).

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Construcción de un Display Simple de Voltímetro de 4 Dígitos.Un ingeniero necesita mostrar un voltaje de 0.000 a 9.999 voltios en un panel. Decide usar cuatro módulos LTP-2257KA apilados horizontalmente.

1. Diseño del Circuito:Un microcontrolador con un ADC lee el voltaje. El firmware convierte la lectura a cuatro dígitos decimales. Los puertos de E/S del microcontrolador, combinados con transistores discretos o un CI excitador multiplexador dedicado (como el MAX7219), se configuran para barrer los cuatro displays. Las filas de cátodo de cada display se conectan en paralelo, mientras que las columnas de ánodo de cada dígito se controlan por separado. Esto crea una matriz de 4 dígitos por 7 filas.
2. Configuración de Corriente:Usando una fuente de 5V y apuntando a un display brillante, eligen una corriente promedio de 15mA por punto. Considerando la multiplexación a través de 4 dígitos y 7 filas (efectivamente un ciclo de trabajo de 1/28 para cada punto cuando todos están encendidos), la corriente de pulso pico durante su intervalo de tiempo activo sería mayor (ej., 15mA * 28 = 420mA), pero esto debe verificarse contra el rating de corriente pico de 100mA. Por lo tanto, necesitarían ajustar la temporización o usar una corriente promedio más baja para mantener el pico dentro de las especificaciones.
3. Consideración Térmica:El panel está destinado a un entorno de laboratorio (25°C). La reducción de corriente promedio no es una preocupación aquí. Sin embargo, se aseguran de que la PCB tenga un plano de tierra para ayudar a disipar el calor del circuito excitador.
4. Resultado:El producto final muestra una lectura clara, brillante y de 4 dígitos con un buen ángulo de visión, cumpliendo con el requisito para un instrumento de banco.

11. Principio de Funcionamiento

El LTP-2257KA opera bajo el principio fundamental de un diodo emisor de luz (LED) dispuesto en una matriz pasiva. Cada uno de los 35 puntos que forman la cuadrícula 5x7 es un chip LED individual de AlInGaP. Cuando se aplica una tensión de polarización directa que excede el potencial de unión del diodo (aproximadamente 2V) a través de un par específico de ánodo (columna) y cátodo (fila), la corriente fluye a través del LED en esa intersección. Esta corriente hace que los electrones y huecos se recombinen dentro de la región activa del semiconductor, liberando energía en forma de fotones (luz) con una longitud de onda característica del material AlInGaP (rojo-naranja).

La organización en matriz es un método de interconexión inteligente. En lugar de tener 35 cables separados, los ánodos de todos los LEDs en una columna vertical están conectados juntos, y los cátodos de todos los LEDs en una fila horizontal están conectados juntos. Para encender un solo punto, su columna específica se excita a positivo y su fila específica se excita a tierra. Para mostrar un patrón (como un carácter), un algoritmo de barrido secuencia rápidamente a través de las filas (o columnas), activando los excitadores de columna apropiados para cada fila a su vez. A una frecuencia suficientemente alta (típicamente >100Hz), la persistencia retiniana hace que el carácter completo parezca iluminado de manera estable.

12. Tendencias y Contexto Tecnológico

El LTP-2257KA representa una tecnología de visualización madura y bien establecida. En el momento de su lanzamiento, los displays LED de matriz de puntos eran una solución principal para la salida alfanumérica. El cambio hacia AlInGaP desde materiales más antiguos como GaAsP fue una tendencia significativa, ofreciendo una eficiencia y color mejorados.

Las tendencias posteriores se han movido hacia:

Paquetes de Dispositivo de Montaje Superficial (SMD):Los equivalentes modernos son casi exclusivamente de tipo SMD, permitiendo un ensamblaje más pequeño y automatizado.

Mayor Densidad y Displays de Matriz Completa:El formato básico 5x7 ha sido ampliamente suplantado por módulos de matriz de puntos más grandes (ej., 8x8, 16x16) y paneles gráficos completos que pueden mostrar formas arbitrarias y texto en múltiples fuentes.

Controladores Integrados:Los módulos modernos de matriz LED a menudo incluyen el excitador, la memoria y la interfaz de comunicación (como I2C o SPI) en una sola placa, simplificando enormemente el proceso de diseño para los ingenieros.

Tecnologías Alternativas:Para muchas aplicaciones que requieren salida de caracteres simple, las pantallas LCD de bajo consumo (con o sin retroiluminación) y los displays OLED se han vuelto más comunes, especialmente donde el consumo de energía, la delgadez o la capacidad gráfica son prioridades.

A pesar de estas tendencias, los displays LED de matriz de puntos de orificio pasante como el LTP-2257KA siguen siendo relevantes en entornos educativos, para proyectos de aficionados, en el mantenimiento de equipos legados y en aplicaciones industriales específicas donde su simplicidad, robustez, alto brillo y amplio rango de temperatura son ventajas decisivas.