Hoja de Datos del Display LED LTP-2857JD - Altura 2.0 Pulgadas (50.8mm) - Rojo AlInGaP - Matriz de Puntos 5x7 - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTP-2857JD es un módulo de visualización alfanumérico de un dígito, basado en una configuración de matriz de puntos 5x7. Su función principal es generar caracteres y símbolos visibles, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren presentar información clara y legible en un factor de forma compacto. La tecnología central emplea material semiconductor AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para los diodos emisores de luz, conocido por producir una salida de luz roja de alta eficiencia.

El dispositivo presenta una pantalla frontal gris con puntos blancos, proporcionando un fondo de alto contraste para los LEDs rojos iluminados, lo que mejora la legibilidad. Un aspecto clave de su diseño es su capacidad de apilamiento, permitiendo colocar múltiples unidades una al lado de la otra horizontalmente para formar displays de varios caracteres sin espacios significativos, facilitando la creación de palabras o cadenas numéricas más largas.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

2.1 Características Ópticas

El rendimiento óptico es central para la funcionalidad del display. El dispositivo utiliza chips LED AlInGaP crecidos sobre un sustrato de GaAs no transparente. La intensidad luminosa promedio típica (Iv) por punto varía entre 1300 y 3000 microcandelas (µcd) cuando se excita bajo condiciones de prueba específicas: una corriente pico (Ip) de 32mA con un ciclo de trabajo de 1/16. Esta medición utiliza un filtro que se aproxima a la curva de respuesta fotópica del ojo CIE, asegurando que el valor se correlacione con la percepción visual humana.

Las características de color están definidas por longitudes de onda específicas. La longitud de onda de emisión pico (λp) es típicamente de 656 nanómetros (nm), mientras que la longitud de onda dominante (λd) es de 640 nm, definiendo el color rojo percibido. El ancho medio de la línea espectral (Δλ) es de 22 nm, indicando la pureza espectral o la estrechez de la banda de luz emitida.

2.2 Características Eléctricas

Los parámetros eléctricos definen los límites y condiciones de operación del display. El voltaje directo (Vf) para cualquier punto LED individual típicamente cae entre 2.1 y 2.6 voltios cuando se aplica una corriente directa (If) de 20mA. La corriente inversa (Ir) se especifica con un máximo de 100 microamperios (µA) cuando se aplica un voltaje inverso (Vr) de 5V, indicando la fuga en estado apagado.

El manejo de corriente es crítico. Las clasificaciones absolutas máximas especifican una disipación de potencia promedio por punto de 33 milivatios (mW). La corriente directa pico por punto no debe exceder los 90mA. La corriente directa promedio por punto está clasificada en 13mA a 25°C, con un factor de reducción de 0.17 mA/°C, lo que significa que la corriente continua permitida disminuye a medida que la temperatura ambiente supera los 25°C para evitar sobrecalentamiento y garantizar la longevidad.

2.3 Clasificaciones Térmicas y Ambientales

El dispositivo está diseñado para una operación robusta en un rango de condiciones. El rango de temperatura de operación es de -35°C a +85°C, permitiendo su despliegue tanto en ambientes fríos como moderadamente calientes. El rango de temperatura de almacenamiento es idéntico. Para el montaje, la temperatura de soldadura no debe exceder los 260°C durante un máximo de 3 segundos, medida en un punto a 1.6mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento del componente, lo cual es una directriz estándar para procesos de soldadura por ola o reflujo para evitar daños en los chips LED o el paquete.

3. Explicación del Sistema de Binning

La hoja de datos indica que los dispositivos se categorizan por intensidad luminosa. Esto implica un proceso de binning donde las unidades se clasifican según su salida de luz medida (por ejemplo, el rango de 1300-3000 µcd). El binning garantiza consistencia dentro de un lote, permitiendo a los diseñadores predecir niveles de brillo al usar múltiples displays en un arreglo. Aunque no se detalla explícitamente para longitud de onda o voltaje en este documento, dicha categorización es común en la fabricación de LEDs para agrupar componentes con propiedades ópticas y eléctricas muy similares.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas típicas de características eléctricas/ópticas, esenciales para un diseño detallado. Aunque los gráficos específicos no se proporcionan en el texto, dichas curvas suelen incluir:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V):Muestra la relación no lineal entre corriente y voltaje, crucial para diseñar el circuito de control de corriente.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Curva L-I):Ilustra cómo la salida de luz aumenta con la corriente, ayudando a optimizar la corriente de excitación para lograr el brillo y eficiencia deseados.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Demuestra cómo la salida de luz disminuye al aumentar la temperatura de unión del LED, aspecto vital para la gestión térmica en la aplicación.
• Distribución Espectral:Un gráfico que muestra la intensidad relativa de la luz emitida en diferentes longitudes de onda, confirmando las longitudes de onda dominante y pico.

Estas curvas permiten a los ingenieros predecir el rendimiento en condiciones no estándar y diseñar sistemas robustos.

5. Información Mecánica y del Paquete

El display tiene una altura de matriz de 2.0 pulgadas (50.80 mm). El dibujo de dimensiones del paquete (referenciado pero no detallado en el texto) mostraría la longitud, anchura, grosor y espaciado de pines exactos. Todas las tolerancias dimensionales son de ±0.25 mm (0.01 pulgadas) a menos que se especifique lo contrario. Los detalles de conexión de pines se proporcionan en una tabla, asignando 14 pines a columnas de ánodo y filas de cátodo específicas de la matriz 5x7. Este pinout es esencial para diseñar la huella en la PCB y el circuito de excitación multiplexado.

6. Diagrama de Circuito Interno y Método de Excitación

El diagrama de circuito interno muestra la disposición de los 35 LEDs individuales (5 columnas x 7 filas). El ánodo de cada LED está conectado a una línea de columna, y su cátodo a una línea de fila. Esta arquitectura de matriz común requiere excitación multiplexada. El display no está constantemente iluminado; en su lugar, el controlador recorre rápidamente las filas (o columnas), energizando los ánodos de columna apropiados para cada cátodo de fila activo. El ciclo de trabajo de 1/16 mencionado en la condición de prueba es una relación de multiplexación típica. Es necesario un diseño adecuado de la tasa de escaneo para evitar parpadeo visible y garantizar un brillo uniforme.

7. Directrices de Soldadura y Montaje

De acuerdo con las clasificaciones absolutas máximas, el proceso de soldadura debe controlarse cuidadosamente. La temperatura máxima de soldadura permitida es de 260°C, y el tiempo de exposición en el terminal no debe superar los 3 segundos. Esto es para evitar choques térmicos en los chips LED, que pueden causar grietas en el material semiconductor o degradar las uniones de alambre, llevando a fallos prematuros. Se recomienda utilizar una etapa de precalentamiento durante la soldadura por reflujo para minimizar el estrés térmico. Siempre se deben seguir los procedimientos adecuados de manejo ESD (Descarga Electroestática) durante el montaje, ya que los LEDs son sensibles a la electricidad estática.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este display es ideal para aplicaciones que requieren un solo carácter o símbolo altamente visible. Usos comunes incluyen:

• Paneles de control industrial para indicadores de estado (por ejemplo, mostrando una letra de paso de proceso).
• Equipos de prueba y medición para mostrar unidades o identificadores de canal.
• Electrodomésticos donde se necesita un código de estado o identificador simple.
• Como bloque de construcción para displays de múltiples caracteres apilando horizontalmente varias unidades.

8.2 Consideraciones de Diseño

Diseñar con este display requiere atención a varios factores:

• Circuito de Excitación:Se requiere un microcontrolador o un CI controlador de LED dedicado capaz de multiplexación. El circuito debe proporcionar suficiente corriente (hasta la clasificación pico) durante el tiempo de escaneo activo e incluir resistencias limitadoras de corriente o una fuente de corriente constante para proteger los LEDs.
• Fuente de Alimentación:El voltaje de alimentación debe ser lo suficientemente alto para superar el voltaje directo de los LEDs más cualquier caída en el circuito de control. Un voltaje de 5V se usa comúnmente con limitación de corriente apropiada.
• Gestión Térmica:Aunque el display en sí puede no generar calor excesivo, se debe respetar la curva de reducción. En altas temperaturas ambientales, la corriente promedio debe reducirse. Es recomendable asegurar un buen flujo de aire alrededor del display en espacios cerrados.
• Software/Firmware:El controlador necesita incluir un mapa de fuentes de caracteres (compatible con ASCII o EBCDIC como se indica) y la rutina de escaneo multiplexado. La tasa de refresco debe ser lo suficientemente alta (típicamente >60 Hz) para evitar parpadeo perceptible.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Los diferenciadores clave de este display específico, según la hoja de datos, son su uso de tecnología AlInGaP y su altura de 2.0 pulgadas. En comparación con los LEDs más antiguos de GaAsP o GaP, AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, resultando en una salida más brillante para la misma corriente de entrada. La altura de carácter de 2.0 pulgadas lo hace adecuado para aplicaciones donde la distancia de visualización es de varios metros, ofreciendo mejor legibilidad a larga distancia que displays más pequeños de 0.5 o 1 pulgada. El diseño de pantalla gris/puntos blancos mejora el contraste en comparación con paquetes totalmente negros o verdes. Su capacidad de apilamiento es una característica mecánica práctica para diseños de múltiples dígitos.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

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

R: Significa que cada punto LED individual solo se enciende durante 1/16 del tiempo total del ciclo de escaneo durante la medición. La intensidad especificada es el valor promedio durante todo el ciclo. En uso real, debes diseñar tu controlador multiplexado para lograr un ciclo de trabajo efectivo similar o mayor para alcanzar el brillo nominal.

P: ¿Puedo excitar este display con una corriente continua constante sin multiplexación?

R: Técnicamente, podrías, conectando cada uno de los 35 LEDs con su propia resistencia limitadora de corriente a una fuente de alimentación. Sin embargo, esto requeriría 35 canales de control, lo cual es altamente ineficiente en términos de cantidad de componentes y potencia. La multiplexación es el método estándar e intencionado, reduciendo drásticamente el número requerido de pines de control y simplificando el diseño.

P: La tabla de conexión de pines parece tener duplicados (por ejemplo, Ánodo Columna 3 en los pines 4 y 11). ¿Es esto un error?

R: Probablemente no sea un error, sino una característica del cableado interno de la matriz. Puede indicar que ciertas líneas de columna o fila se sacan a más de un pin en el paquete. Esto puede proporcionar flexibilidad de diseño en la PCB, permitiendo al diseñador elegir el pin más conveniente para la conexión. Siempre consulta el diagrama de circuito interno para verificar las conexiones.

P: ¿Cómo calculo la resistencia limitadora de corriente apropiada para mi controlador?

R: Necesitas conocer tu voltaje de alimentación (Vs), el voltaje directo del LED (Vf, usa el máximo de 2.6V por seguridad), y la corriente directa deseada (If, sin exceder la clasificación promedio de 13mA a tu temperatura de operación). El valor de la resistencia R = (Vs - Vf) / If. Recuerda, en una configuración multiplexada, la corriente pico durante el tiempo de escaneo activo será mayor que la corriente promedio. Asegúrate de que la corriente pico no exceda los 90mA.

11. Ejemplo de Diseño y Caso de Uso

Escenario: Construir un contador de producción de 4 dígitos para una estación de trabajo de fábrica.

Cuatro displays LTP-2857JD se apilan horizontalmente en una PCB. Se utiliza un microcontrolador de 8 bits de bajo costo como controlador. El microcontrolador tiene suficientes pines de E/S para excitar directamente las filas (7 pines) y columnas (5 pines por dígito, pero como están apilados, las líneas de columna de todos los dígitos se conectan juntas, requiriendo solo 5 pines de columna en total). El microcontrolador ejecuta una rutina que:

1. Escanea a través de las siete líneas de fila, activando una a la vez.
2. Para la fila activa, establece el estado de las 5 líneas de columna para cada uno de los 4 dígitos según el carácter a mostrar (por ejemplo, un número).
3. Repite este escaneo a una tasa de 200 Hz, haciendo el parpadeo imperceptible.
4. El valor del contador se incrementa mediante una entrada de sensor externo.

Se colocan resistencias limitadoras de corriente en serie con cada línea de columna. La fuente de alimentación es de 5V. La corriente promedio por punto LED se mantiene por debajo de 10mA para proporcionar un margen de seguridad por debajo de la clasificación de 13mA y garantizar fiabilidad a largo plazo.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

El principio fundamental es la electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo que excede el umbral del diodo, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se recombinan en la región activa (la capa de AlInGaP). Esta recombinación libera energía en forma de fotones (partículas de luz). La composición específica de la aleación AlInGaP determina la energía del bandgap, que a su vez dicta la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, rojo. La matriz 5x7 se forma colocando 35 de estas uniones p-n microscópicas en un patrón de cuadrícula preciso. La pantalla frontal gris actúa como un difusor y potenciador de contraste, mientras que los puntos blancos definen los segmentos que se vuelven visibles cuando se iluminan.

13. Tendencias y Contexto Tecnológico

Displays como el LTP-2857JD representan una tecnología madura y fiable para la visualización de información basada en caracteres. Si bien los OLED gráficos modernos o las pantallas TFT LCD ofrecen una flexibilidad mucho mayor para mostrar gráficos arbitrarios, los displays LED de matriz de puntos 5x7 y similares conservan ventajas en nichos específicos: robustez ambiental extrema (amplio rango de temperatura), brillo muy alto para legibilidad bajo luz solar, simplicidad de interfaz y larga vida operativa sin luz de fondo que pueda fallar. El cambio de materiales LED más antiguos a AlInGaP, como se ve en este dispositivo, fue una tendencia importante que mejoró la eficiencia y el brillo. Las tendencias actuales podrían implicar integrar la electrónica de control más estrechamente con el módulo de display o explorar materiales aún más eficientes como InGaN para diferentes colores, pero la arquitectura básica de matriz multiplexada sigue siendo una solución probada y efectiva para muchas aplicaciones industriales y de instrumentación.