Hoja de Datos del Display LED LTP-2157AKY - Altura de Matriz 2.0 Pulgadas (50.8mm) - Ámbar Amarillo AlInGaP - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 35mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTP-2157AKY es un módulo de display LED de matriz de puntos 5 x 7 con una altura de carácter de 2.0 pulgadas (50.8 mm). Este dispositivo está diseñado para aplicaciones que requieren una visualización clara y brillante de información alfanumérica o simbólica. Su tecnología central utiliza material semiconductor de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para producir una emisión de luz de color ámbar amarillo. La presentación visual cuenta con una placa frontal gris con puntos de color blanco, lo que mejora el contraste y la legibilidad. El módulo está construido como un arreglo de cátodo común, requiriendo un circuito de excitación multiplexado externo para su funcionamiento.

Los principales dominios de aplicación para esta pantalla incluyen instrumentación industrial, interfaces de electrónica de consumo, terminales punto de venta (TPV), pantallas de equipos médicos y cualquier sistema embebido que requiera una lectura compacta, confiable y brillante. Su construcción de estado sólido garantiza una alta fiabilidad y una larga vida operativa en comparación con otras tecnologías de visualización como las fluorescentes de vacío o las incandescentes.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas clave del LTP-2157AKY derivan de su tecnología LED AlInGaP y su diseño cuidadoso. Ofrece un alto brillo y un alto contraste, aspectos críticos para la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación ambiental, incluidos entornos interiores muy iluminados. El bajo requerimiento de potencia lo hace adecuado para aplicaciones alimentadas por batería o conscientes del consumo energético. La excelente apariencia de los caracteres se logra mediante el diseño preciso de la matriz de puntos 5x7, que es el estándar para mostrar caracteres ASCII de forma clara.

El mercado objetivo es amplio, abarcando a los OEM (Fabricantes de Equipos Originales) e ingenieros de diseño que trabajan en dispositivos que necesitan una solución de visualización simple, rentable y robusta. Sus especificaciones lo convierten en una opción viable donde pantallas gráficas más grandes y complejas son innecesarias o demasiado costosas.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

Una comprensión exhaustiva de los parámetros eléctricos y ópticos es esencial para el diseño correcto del circuito y la integración de la pantalla LTP-2157AKY.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se recomienda operar el dispositivo continuamente en o cerca de estos límites.

• Disipación de Potencia Promedio por Punto:35 mW. Esta es la potencia continua máxima que puede disipar de forma segura un segmento LED individual (punto) sin causar degradación térmica.
• Corriente Directa de Pico por Punto:60 mA. Esta es la corriente instantánea máxima permitida durante la operación pulsada, típicamente utilizada en esquemas de excitación multiplexados.
• Corriente Directa Promedio por Punto:13 mA a 25°C. Este valor se reduce linealmente a 0.17 mA/°C por encima de 25°C. Por ejemplo, a 85°C, la corriente promedio máxima permitida sería aproximadamente: 13 mA - (0.17 mA/°C * (85°C - 25°C)) = 13 mA - 10.2 mA = 2.8 mA. Esta reducción es crucial para la gestión térmica.
• Tensión Inversa por Punto:5 V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede romper la unión del LED.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C. Este amplio rango garantiza la funcionalidad en entornos hostiles.
• Temperatura de Soldadura:Máximo 260°C durante un máximo de 3 segundos, medido a 1.6mm por debajo del plano de asiento. Esta es una guía estándar para soldadura por ola o de reflujo sin plomo para prevenir daños en el encapsulado.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros típicos de operación medidos a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C bajo condiciones de prueba especificadas.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):2100 μcd (Mín), 3600 μcd (Típ). Condición de Prueba: I_p=32mA, Ciclo de trabajo 1/16. Este alto brillo es una característica clave. La medición utiliza un filtro que aproxima la curva de respuesta del ojo fotópico CIE para mayor precisión.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):595 nm (Típ). Esta es la longitud de onda a la cual la potencia óptica de salida es máxima, definiendo el color ámbar amarillo.
• Ancho de Media Línea Espectral (Δλ):15 nm (Típ). Esto indica la pureza espectral; un ancho más estrecho significa un color más monocromático.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):592 nm (Típ). Esta es la longitud de onda percibida por el ojo humano, que coincide estrechamente con la longitud de onda de pico para este tipo de LED.
• Tensión Directa por Segmento (V_F):2.05V (Mín), 2.6V (Típ). Condición de Prueba: I_F=20mA. Los diseñadores deben asegurarse de que el circuito de excitación pueda proporcionar esta tensión.
• Corriente Inversa (I_R):100 μA (Máx). Condición de Prueba: V_R=5V. Esta es la corriente de fuga cuando el LED está polarizado inversamente.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):2:1 (Máx). Condición de Prueba: I_F=2mA. Este parámetro asegura uniformidad en toda la pantalla; el brillo del segmento más tenue será al menos la mitad del segmento más brillante.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos no detalla explícitamente un sistema de clasificación de múltiples niveles para longitud de onda o flujo. Sin embargo, los parámetros especificados implican un proceso de fabricación controlado. Los rangos estrechos para la Longitud de Onda Dominante (592 nm Típ) y la Intensidad Luminosa (2100-3600 μcd) sugieren que las piezas son seleccionadas para cumplir con estas especificaciones mínimas y típicas. Los diseñadores deben considerar los valores mínimos (I_Vmín 2100 μcd, V_Fmáx 2.6V) para el diseño del circuito en el peor de los casos, a fin de garantizar la visibilidad de la pantalla y una regulación de corriente adecuada en todas las unidades.

4. Análisis de las Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas características típicas. Aunque no se proporcionan en el texto, se pueden inferir las curvas estándar de los LED y son críticas para el diseño.

4.1 Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V)

La relación I-V no es lineal. El valor típico de V_Fde 2.6V a 20mA es el punto clave de diseño. La curva muestra un encendido abrupto alrededor del voltaje de banda prohibida del LED (~2V para AlInGaP), después de lo cual la corriente aumenta exponencialmente con el voltaje. Por lo tanto, se recomienda encarecidamente excitar los LED con una fuente de corriente constante en lugar de una fuente de voltaje constante para evitar la fuga térmica (thermal runaway) y garantizar un brillo uniforme.

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

La intensidad luminosa es aproximadamente proporcional a la corriente directa en el rango de operación normal (por ejemplo, hasta la corriente promedio nominal). Sin embargo, la eficiencia puede disminuir a corrientes muy altas debido al calentamiento. La intensidad especificada a 32mA en operación pulsada está optimizada para pantallas multiplexadas.

4.3 Dependencia de la Temperatura

Las características del LED son sensibles a la temperatura. La tensión directa (V_F) típicamente disminuye al aumentar la temperatura de la unión (coeficiente de temperatura negativo). La intensidad luminosa también disminuye al aumentar la temperatura. La especificación de reducción de corriente (0.17 mA/°C) es una protección de diseño directa contra estos efectos, evitando el sobrecalentamiento y la degradación prematura del brillo.

4.4 Distribución Espectral

El espectro de emisión está centrado alrededor de 595 nm (ámbar amarillo) con un ancho medio típico de 15 nm. Esta es una banda relativamente estrecha, característica de los semiconductores III-V de banda prohibida directa como el AlInGaP, lo que resulta en una buena saturación de color.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones Físicas

El dibujo del encapsulado indica el tamaño físico general del módulo de visualización. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25 mm a menos que se indique lo contrario. Esta información es vital para el diseño de la huella en la PCB (Placa de Circuito Impreso) y el ajuste en la carcasa.

5.2 Configuración de Pines y Circuito Interno

El LTP-2157AKY tiene una configuración de 14 pines. El diagrama del circuito interno muestra un arreglo de cátodo común para la matriz 5x7. Las columnas (líneas verticales) son los cátodos, y las filas (líneas horizontales) son los ánodos. Notas específicas indican conexiones internas: El Pin 4 y el Pin 11 están conectados (ambos son Cátodo para la Columna 3), y el Pin 5 y el Pin 12 están conectados (ambos son Ánodo para la Fila 4). Esta conexión interna probablemente simplifica el diseño del cableado de unión interno. Se debe seguir precisamente la tabla de asignación de pines para el correcto funcionamiento de la pantalla.

5.3 Identificación de Polaridad

El dispositivo utiliza una configuración de cátodo común. Los pines del cátodo son para las columnas (1-5), y los pines del ánodo son para las filas (1-7). Aplicar polarización directa requiere conectar el pin de la fila deseada a un voltaje positivo (a través de una resistencia limitadora de corriente o un driver) y el pin de la columna deseada a tierra (o a un sumidero de driver de lado bajo).

6. Directrices de Soldadura y Montaje

El límite absoluto máximo especifica el perfil de soldadura: una temperatura máxima de 260°C durante una duración máxima de 3 segundos, medido a 1.6mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento. Esto es compatible con los procesos estándar de soldadura por reflujo sin plomo (por ejemplo, siguiendo un perfil estándar IPC/JEDEC J-STD-020). Se debe tener cuidado para evitar estrés mecánico en los pines durante el manejo. Para el almacenamiento, se recomienda el rango especificado de -35°C a +85°C en un ambiente seco y antiestático para prevenir la absorción de humedad (que puede causar el efecto \"palomita de maíz\" durante el reflujo) y daños por descarga electrostática.

7. Información de Empaquetado y Pedido

El número de parte es LTP-2157AKY. Si bien los detalles específicos de empaquetado (carrete, bandeja, tubo) no se enumeran en el contenido proporcionado, tales pantallas se suministran típicamente en tubos o bandejas antiestáticas para proteger los pines y la cara del display. El \"Spec No.: DS-30-99-106\" y \"BNS-OD-FC001/A4\" son números de control de documentos internos.

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El LTP-2157AKY requiere un circuito de excitación externo. Un diseño común utiliza un microcontrolador con software de multiplexación. Los puertos de E/S del microcontrolador, a menudo insuficientes para suministrar/absorber la corriente requerida directamente, se conectan a transistores excitadores de fila (por ejemplo, PNP o MOSFET de canal P para suministrar corriente a los ánodos) y a transistores excitadores de columna o drivers sumidero dedicados (por ejemplo, NPN, MOSFET de canal N, o ICs excitadores de LED como el ULN2003 para absorber corriente de los cátodos). La rutina de multiplexación recorre rápidamente cada fila (1-7), encendiendo los cátodos de columna apropiados para esa fila para formar el carácter deseado. El ciclo de trabajo de 1/16 mencionado en la condición de prueba es una relación de multiplexación típica (por ejemplo, 1 fila encendida a la vez de un total de 7+? cuadros; el tiempo exacto depende del diseño del driver).

8.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Esencial para cada segmento LED. Utilice resistencias o drivers de corriente constante. Calcule el valor de la resistencia en función del voltaje de alimentación (V_CC), la tensión directa del LED (V_F) y la corriente directa deseada (I_F). Para operación multiplexada, utilice la corriente de pico (I_p). Ejemplo: Para V_CC=5V, V_F=2.6V, I_p=32mA, R = (5V - 2.6V) / 0.032A ≈ 75 Ohmios.
• Frecuencia de Multiplexación:Debe ser lo suficientemente alta para evitar parpadeo visible (típicamente >60 Hz de frecuencia de cuadro). La persistencia de la visión fusionará las filas que se ciclan rápidamente en una imagen estable.
• Disipación de Calor:Adherirse a la curva de reducción de corriente a altas temperaturas ambientales. Asegurar una ventilación adecuada si se usa en espacios cerrados.
• Ángulo de Visión:Aunque no se especifica, las matrices LED estándar tienen un amplio ángulo de visión. El diseño de cara gris/puntos blancos optimiza el contraste para la visión frontal.

9. Comparación Técnica

En comparación con otras tecnologías de visualización contemporáneas disponibles en el momento de su lanzamiento (2002), el LTP-2157AKY ofrecía ventajas distintivas:

• vs. Displays Incandescentes o Fluorescentes de Vacío (VFDs):El display LED es mucho más eficiente energéticamente, genera menos calor, ofrece un tiempo de respuesta más rápido y tiene una vida útil significativamente más larga. También es más robusto mecánicamente ya que no tiene filamentos frágiles o envolventes de vidrio.
• vs. LCDs Tempranos:El display LED es autoiluminado, proporcionando un brillo mucho mayor y una mejor visibilidad en condiciones de poca luz o luz solar directa sin necesidad de retroiluminación. También tiene un rango de temperatura de operación más amplio y no presenta problemas de respuesta lenta en ambientes fríos.
• vs. Otros Colores de LED (por ejemplo, Rojo GaAsP):La tecnología AlInGaP utilizada en este LED ámbar amarillo proporciona una mayor eficiencia luminosa (más salida de luz por unidad de potencia eléctrica) y una mejor estabilidad a largo plazo que los antiguos LEDs rojos de GaAsP.

10. Preguntas Frecuentes (FAQs)

P1: ¿Puedo excitar esta pantalla con una fuente constante de 5V en los ánodos?

R1: No. Los LED son dispositivos excitados por corriente. Aplicar un voltaje constante sin una resistencia limitadora de corriente en serie causará un flujo de corriente excesivo, pudiendo destruir el LED. Utilice siempre un mecanismo de limitación de corriente.

P2: ¿Por qué hay dos pines para la Columna 3 y la Fila 4?

R2: Los pines 4 y 11 están conectados internamente al Cátodo de la Columna 3, y los pines 5 y 12 están conectados internamente al Ánodo de la Fila 4. Esto probablemente se hace por eficiencia en el diseño del cableado de unión interno o para proporcionar puntos de conexión alternativos en la PCB para facilitar el enrutamiento. Eléctricamente, son el mismo nodo.

P3: ¿Qué significa \"1/16 Duty\" en la condición de prueba de intensidad luminosa?

R3: Significa que el LED fue pulsado con un ciclo de trabajo de 1/16 (6.25%). La corriente de pico (I_p=32mA) es mayor que la corriente promedio en DC que se necesitaría para la misma percepción de brillo en un sistema multiplexado. La corriente promedio es I_p* ciclo de trabajo = 32mA * 0.0625 = 2mA. Esta operación pulsada es estándar para probar displays multiplexados.

P4: ¿Cómo muestro un carácter como la letra \"A\"?

R4: Necesita un mapa de fuentes o una tabla de búsqueda que defina qué puntos (intersecciones de fila, columna) iluminar para cada carácter. Para una matriz 5x7, esto es típicamente un arreglo de 5 bytes por carácter, donde cada bit en un byte representa un elemento de fila en una columna. Su software de microcontrolador utiliza este mapa durante el escaneo de multiplexación.

11. Estudio de Caso de Diseño Práctico

Considere diseñar un termómetro digital simple con una lectura de 3 dígitos utilizando tres displays LTP-2157AKY. El sistema requeriría un sensor de temperatura, un microcontrolador (por ejemplo, un MCU de 8 bits) y un circuito de excitación. El microcontrolador lee el sensor, convierte el valor a BCD o a un mapa de fuentes personalizado, y excita los displays. Debido al número de pines (3 displays * 14 pines = 42 pines si se excitan directamente), un esquema de multiplexación es obligatorio. El diseño implicaría: 1) Conectar todos los pines de fila correspondientes (ánodos) de los tres displays juntos (creando 7 líneas de ánodo comunes). 2) Conectar los pines de columna (cátodos) de cada display por separado (creando 3 displays * 5 columnas = 15 líneas de cátodo). 3) Usar el microcontrolador con 7+15=22 líneas de E/S (o menos con registros de desplazamiento externos o expansores de puerto) para escanear las filas comunes y activar las columnas apropiadas para cada dígito secuencialmente a alta frecuencia. Las resistencias limitadoras de corriente se colocarían en las líneas de ánodo comunes o en las líneas de cátodo individuales.

12. Principio de Funcionamiento

El LTP-2157AKY se basa en el principio de electroluminiscencia de una unión P-N semiconductor. Cuando está polarizado directamente, los electrones de la capa de AlInGaP tipo N se recombinan con los huecos de la capa tipo P en la región activa. Este evento de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica de 595 nm (ámbar amarillo) está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor AlInGaP, que se diseña durante el proceso de crecimiento del cristal. El sustrato de GaAs no transparente ayuda a reflejar la luz hacia arriba, mejorando la eficiencia general de extracción de luz desde la superficie superior del chip.

13. Tendencias Tecnológicas

Desde el lanzamiento de esta hoja de datos (2002), la tecnología de displays LED ha avanzado significativamente. Si bien el formato de matriz de puntos 5x7 sigue siendo un caballo de batalla para displays simples, la tecnología subyacente ha evolucionado. Los LEDs AlInGaP han visto mejoras en eficiencia y vida útil. Además, han surgido nuevas opciones de visualización: 1)Matrices de Mayor Densidad:Matrices gráficas de 8x8, 16x16 y más grandes ahora son comunes y económicas. 2)LEDs de Montaje Superficial (SMD):Los diseños modernos a menudo utilizan LEDs SMD individuales colocados en una PCB para formar una matriz, ofreciendo más flexibilidad de diseño. 3)Displays de LED Orgánico (OLED):Proporcionan alto contraste, amplios ángulos de visión y factores de forma flexibles, aunque pueden tener diferentes restricciones de vida útil y ambientales. 4)Displays con Controlador Integrado:Los módulos modernos a menudo incluyen un controlador incorporado (como el HD44780 para LCDs de caracteres o drivers dedicados para matrices LED) que simplifica los requisitos de interfaz a solo unas pocas líneas de datos y control. Sin embargo, los principios fundamentales de diseño para excitar un arreglo de LED multiplexado, como se detalla para el LTP-2157AKY, siguen siendo directamente aplicables a muchos proyectos modernos de matrices LED discretas.