Hoja de Datos del Display de Matriz de Puntos LED LTP-1557AKD - Altura 1.2 pulgadas (30.42mm) - Rojo Hiper (650nm) - 40mW por Punto - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTP-1557AKD es un módulo de visualización alfanumérica de un dígito, construido utilizando una matriz de puntos 5x7 de diodos emisores de luz (LED) AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) Rojo Hiper. Esta configuración es estándar para mostrar conjuntos de caracteres ASCII y EBCDIC, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren lecturas claras de un solo carácter. El dispositivo presenta una cara gris con puntos blancos, mejorando el contraste para una mejor legibilidad. Su principio de diseño central se basa en una arquitectura de matriz de columnas de cátodo común y filas de ánodo común, permitiendo un multiplexado eficiente para controlar LEDs individuales con un número reducido de pines de E/S.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas principales de este display incluyen su fiabilidad de estado sólido, amplio ángulo de visión debido al diseño de plano único y bajo requerimiento de potencia. La altura del carácter de 1.2 pulgadas (30.42 mm) proporciona una buena visibilidad. Está categorizado por intensidad luminosa, permitiendo una clasificación por brillo. El dispositivo es apilable horizontalmente, permitiendo crear displays de múltiples caracteres. Sus mercados objetivo principales incluyen paneles de control industrial, instrumentación, equipos de prueba, terminales punto de venta (TPV) y otros sistemas embebidos donde se requiere un display de caracteres simple, fiable y de bajo consumo.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos valores definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No son para operación continua.

• Disipación de Potencia Promedio por Punto:40 mW. Esto limita la carga térmica continua en cada chip LED individual.
• Corriente Directa de Pico por Punto:90 mA. Esto solo es permisible bajo condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1 ms, utilizado para lograr un brillo instantáneo más alto en esquemas multiplexados.
• Corriente Directa Promedio por Punto:La especificación base es de 15 mA a 25°C. Esta especificación se reduce linealmente a 0.2 mA/°C a medida que la temperatura ambiente (Ta) aumenta por encima de 25°C, una consideración crítica para la gestión térmica.
• Tensión Inversa por Punto:5 V. Exceder este valor puede romper la unión PN del LED.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura:Máximo 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 parámetros se miden a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C y definen el rendimiento típico del dispositivo.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):Varía desde 800 µcd (mínimo) hasta 2600 µcd (típico). Medido bajo una condición pulsada de I_p=32mA y un ciclo de trabajo de 1/16. El amplio rango indica el efecto de la categorización por intensidad luminosa (binning).
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):650 nm (típico). Esto define el color primario de la luz emitida como Rojo Hiper.
• Ancho Medio Espectral (Δλ):20 nm (típico). Esto indica la pureza espectral o el ancho de banda de la luz roja emitida.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):639 nm (típico). Esta es la longitud de onda percibida por el ojo humano, ligeramente diferente de la longitud de onda de pico.
• Tensión Directa (V_F) cualquier Punto:
  • 2.1V a 2.6V (rango típico) a I_F=20mA.
  • 2.3V a 2.8V (rango típico) a I_F=80mA (pulsado). Muestra el coeficiente de temperatura positivo y la resistencia dinámica del LED.
• Corriente Inversa (I_R) cualquier Punto:Máximo 100 µA a V_R=5V.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):Máximo 2:1. Esto especifica la relación máxima permitida entre el LED más brillante y el más tenue en la matriz bajo las mismas condiciones de excitación, asegurando una apariencia uniforme.

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

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica explícitamente que el dispositivo está "Categorizado por Intensidad Luminosa". Este es un parámetro de clasificación crítico.

• Clasificación por Intensidad Luminosa:El rango típico de I_Vde 800-2600 µcd sugiere múltiples categorías de intensidad. Los diseñadores deben seleccionar la categoría apropiada según los requisitos de brillo de la aplicación y garantizar consistencia al usar múltiples displays.
• Consistencia de Longitud de Onda:Aunque no se clasifica explícitamente por longitud de onda, las especificaciones típicas ajustadas para λ_p(650nm) y λ_d(639nm) indican un buen control de fabricación, resultando en un color rojo consistente entre dispositivos.
• Tensión Directa:El rango especificado de V_F(ej., 2.1-2.6V) implica una dispersión. Para diseños con muchos displays o requisitos de potencia estrictos, puede ser necesario consultar con el fabricante sobre opciones de clasificación por tensión.

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 incluirían:

• Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V):Muestra la relación exponencial, crucial para diseñar circuitos limitadores de corriente. La curva se desplaza con la temperatura.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa:Demuestra que la salida de luz es relativamente lineal con la corriente en el rango de operación normal antes de que ocurra una caída de eficiencia a corrientes muy altas.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Muestra la disminución en la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de la unión, destacando la importancia de la gestión térmica, especialmente cuando se excita a corrientes promedio más altas.
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa vs. longitud de onda, centrado alrededor de 650nm con un ancho medio de ~20nm, confirmando el color Rojo Hiper.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo tiene dimensiones físicas específicas proporcionadas en un dibujo (referenciado pero no detallado en el texto). Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25 mm a menos que se indique lo contrario. Esto incluye la altura total, anchura, profundidad, espaciado de terminales y posicionamiento de la matriz de puntos dentro de la cara gris.

5.2 Conexión de Pines y Circuito Interno

El dispositivo utiliza una configuración de 14 pines. El diagrama del circuito interno muestra una matriz estándar 5x7 donde:
- Las Columnas (1-5) son grupos de cátodo común.
- Las Filas (1-7) son grupos de ánodo común.
Para iluminar un punto específico (ej., Fila 3, Columna 2), el ánodo de la fila correspondiente debe ser excitado a nivel alto (con limitación de corriente) mientras el cátodo de la columna correspondiente se lleva a nivel bajo. La tabla de asignación de pines es esencial para un diseño correcto del layout de la PCB y del circuito excitador.

6. Guías de Soldadura y Montaje

La especificación de montaje clave es el perfil de soldadura.

• Soldadura por Reflujo:La temperatura máxima permitida en el cuerpo del encapsulado (1.6mm por debajo del plano de asiento) es de 260°C, y esta temperatura pico no debe mantenerse por más de 3 segundos. Los perfiles de reflujo estándar sin plomo (SnAgCu) deben controlarse cuidadosamente para mantenerse dentro de este límite y prevenir daños en los chips LED, las conexiones internas (wire bonds) o el encapsulado plástico.
• Soldadura Manual:Si es necesario, debe realizarse rápidamente con un soldador de temperatura controlada, aplicando calor a la almohadilla de la PCB y no directamente al terminal del componente durante un período prolongado.
• Limpieza:Usar solo agentes de limpieza compatibles con el material del encapsulado LED.
• Condiciones de Almacenamiento:Almacenar en un ambiente seco y antiestático dentro del rango de temperatura especificado de -35°C a +85°C para prevenir la absorción de humedad y daños por descarga electrostática.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Lecturas Industriales:Indicadores de estado, códigos de error o displays de un solo valor en maquinaria.
• Equipos de Prueba y Medición:Mostrar unidades (V, A, Hz), números de canal o códigos simples.
• Electrónica de Consumo:Displays de reloj, indicadores de estado de electrodomésticos (aunque menos común hoy en día).
• Prototipado y Educación:Excelente para aprender la interfaz con microcontroladores y técnicas de multiplexado.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito Excitador:Requiere un microcontrolador o un CI excitador dedicado capaz de multiplexar 12 líneas (5 columnas + 7 filas). Usar transistores o drivers integrados de sumidero/fuente para manejar la corriente requerida.
• Limitación de Corriente:Esencial para cada línea de fila o columna. Calcular los valores de las resistencias basándose en la corriente promedio deseada (ej., 10-15mA por punto), la tensión de alimentación y la tensión directa del LED. Recordar que la corriente se comparte entre múltiples LEDs en un marco multiplexado.
• Frecuencia de Refresco:La tasa de escaneo del multiplexado debe ser lo suficientemente alta (típicamente >100Hz) para evitar parpadeo visible. El ciclo de trabajo de 1/16 mencionado en las especificaciones implica que un esquema de multiplexado de 16 pasos es adecuado.
• Gestión Térmica:Cuando se opera cerca de la corriente promedio máxima o a altas temperaturas ambientales, asegurar una ventilación adecuada. La reducción de 0.2 mA/°C para I_Fes crucial para la fiabilidad.
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión es beneficioso, pero considerar la orientación de montaje relativa al usuario.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con matrices de LED rojo más antiguas de GaAsP o GaP, la tecnología AlInGaP en el LTP-1557AKD ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, resultando en displays más brillantes a la misma corriente o menor consumo de potencia para el mismo brillo. La longitud de onda Rojo Hiper (650nm) es más vibrante y distintiva que el rojo estándar. En comparación con OLEDs gráficos o LCDs modernos, este dispositivo es mucho más simple, robusto, de menor costo y opera en un rango de temperatura más amplio, pero está limitado a caracteres predefinidos 5x7. Su nicho está en aplicaciones que demandan extrema fiabilidad, simplicidad y bajo costo para visualización de caracteres.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

• P: ¿Puedo excitar este display con una corriente continua constante en cada punto?
  R: Técnicamente sí, pero requeriría 35 excitadores independientes, lo que es ineficiente. El multiplexado es el método estándar e intencionado, utilizando la arquitectura de selección X-Y.
• P: ¿Por qué la corriente de pico (90mA) es mucho más alta que la corriente promedio (15mA)?
  R: En el multiplexado, cada LED solo se alimenta durante una fracción del tiempo (ciclo de trabajo). Para lograr un brillo promedio percibido equivalente a 15mA en CC, se utiliza una corriente pulsada más alta durante su intervalo de tiempo activo. La especificación de 90mA asegura que el LED pueda manejar estos pulsos breves.
• P: ¿Qué significa una "Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa de 2:1" para mi diseño?
  R: Significa que el punto más tenue en la matriz podría ser la mitad de brillante que el punto más brillante bajo condiciones de excitación idénticas. Para caracteres de apariencia uniforme, puede necesitar seleccionar dispositivos de una categoría más ajustada o implementar compensación de brillo por software si su excitador permite el control individual de puntos.
• P: ¿Cómo conecto este dispositivo de 14 pines a un microcontrolador con menos pines de E/S?
  R: Debes usar registros de desplazamiento externos (como 74HC595), expansores de E/S o un CI excitador de LED dedicado con soporte de multiplexado. No puedes reducir el número de líneas de control requeridas por debajo de 12 para el control completo de la matriz 5x7.

10. Caso Práctico de Diseño

Escenario:Diseñar una lectura de temperatura de un dígito para un controlador de horno industrial que opera hasta 70°C ambiente.

• Brillo:Seleccionar una categoría de intensidad luminosa del extremo superior (ej., 2000+ µcd) para asegurar visibilidad en un entorno potencialmente brillante.
• Corriente de Excitación:Determinar la corriente promedio reducida. A Ta=70°C, la reducción es (70-25)°C * 0.2 mA/°C = 9 mA. Por lo tanto, la corriente promedio continua segura máxima por punto es 15 mA - 9 mA = 6 mA. El diseño debe usar una corriente pulsada dentro del ciclo de trabajo de 1/16 para lograr el brillo requerido manteniendo lacorrientepromedio en o por debajo de 6mA por punto.
• Circuito:Usar un microcontrolador para generar las señales de multiplexado. Emplear MOSFETs de canal N en lado bajo para sumidero de corrientes de columna y MOSFETs de canal P en lado alto o un CI excitador para fuente de corrientes de fila. Calcular las resistencias limitadoras de corriente basándose en la tensión de alimentación (ej., 5V), la V_Fdel LED a la corriente pulsada, y el valor de corriente pulsada deseado necesario para producir un brillo promedio efectivo.
• Layout:Colocar el display lejos de otros componentes generadores de calor en la PCB. Asegurar que el perfil de reflujo de soldadura durante el montaje se adhiera estrictamente al límite de 260°C por 3s.

11. Principio de Funcionamiento

El dispositivo opera bajo el principio de electroluminiscencia en una unión PN semiconductor. Cuando se aplica una tensión de polarización directa que excede el voltaje de encendido del diodo (~2.1V) a través de una celda LED individual (ánodo de fila en alto, cátodo de columna en bajo), los electrones y huecos se recombinan en la región activa de AlInGaP, liberando energía en forma de fotones con una longitud de onda centrada en 650 nm (luz roja). La disposición de matriz 5x7 y la arquitectura de ánodo/cátodo común permiten que cualquiera de los 35 puntos sea direccionado individualmente seleccionando las líneas de fila y columna apropiadas, permitiendo la formación de caracteres a través del multiplexado.

12. Tendencias Tecnológicas

Si bien los displays discretos de matriz de puntos LED como el LTP-1557AKD siguen siendo relevantes para aplicaciones específicas robustas y sensibles al costo, la tendencia más amplia es hacia la integración y tecnologías avanzadas. Los módulos integrados de caracteres LCD y OLED con controladores incorporados se han convertido en estándar para displays más complejos. Para aplicaciones que aún requieren LEDs, los arreglos de LED de montaje superficial (SMD) y las matrices de LED RGB direccionables de alta densidad y multicolor (ej., usando LEDs tipo WS2812B) son cada vez más populares por su flexibilidad y facilidad de uso. Sin embargo, la simplicidad, alta fiabilidad, amplio rango de temperatura y salida distintiva, brillante y de un solo color de los LEDs de matriz de puntos tradicionales de orificio pasante aseguran su uso continuo en aplicaciones industriales, automotrices y de entornos hostiles donde las tecnologías más nuevas pueden no cumplir con todos los requisitos.