Hoja de Datos del Display LED LTP-2157AKY-01 - Altura de Matriz de 2.0 Pulgadas (50.8mm) - Color Ámbar Amarillo - Matriz de Puntos 5x7 - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTP-2157AKY-01 es un módulo de display alfanumérico de matriz de puntos 5x7 con una altura de matriz de 2.0 pulgadas (50.8 mm). Está diseñado para proporcionar una representación de caracteres clara y de alto contraste para aplicaciones que requieren salida numérica o alfanumérica limitada. El dispositivo utiliza chips LED avanzados de AS-AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) crecidos sobre un sustrato de GaAs, conocidos por su alta eficiencia y excelente luminosidad. El display presenta una cara negra con puntos blancos, mejorando el contraste y la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación. Su aplicación principal es en instrumentación industrial, electrónica de consumo y otros dispositivos donde se necesita una solución de visualización compacta, fiable y de bajo consumo.

1.1 Ventajas Principales

• Alta Luminosidad y Contraste:La tecnología AlInGaP combinada con el diseño de cara negra/puntos blancos ofrece una visibilidad superior.
• Bajo Requerimiento de Potencia:Diseñado para un funcionamiento eficiente, lo que lo hace adecuado para aplicaciones alimentadas por batería o conscientes del consumo energético.
• Fiabilidad de Estado Sólido:Los LED ofrecen una larga vida operativa, resistencia a golpes y un rendimiento consistente en comparación con otras tecnologías de visualización.
• Excelente Apariencia de Caracteres:El formato de matriz de puntos 5x7 proporciona caracteres bien definidos y fácilmente reconocibles.
• Arquitectura de Selección X-Y:La matriz está organizada en una configuración de filas (ánodo) y columnas (cátodo), permitiendo un multiplexado y control eficientes con un número reducido de pines de control.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los principales parámetros eléctricos y ópticos especificados en la hoja de datos. Comprender estos valores es crítico para un diseño de circuito adecuado y para garantizar la fiabilidad a largo plazo.

2.1 Valores Absolutos Máximos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se recomienda operar fuera de estos límites.

• Disipación de Potencia Media por Punto:35 mW. Este límite es crucial para la gestión térmica. Excederlo puede provocar sobrecalentamiento, reducción de la salida luminosa y degradación acelerada del chip LED.
• Corriente Directa de Pico por Punto:60 mA (a 1 kHz, ciclo de trabajo del 25%). Esta especificación es para operación pulsada. La corriente media bajo estas condiciones es de 15 mA (60 mA * 0.25), que aún debe estar por debajo de la corriente media nominal.
• Corriente Directa Media por Punto:La especificación base es de 13 mA a 25°C. Es importante destacar que se reduce en 0.17 mA/°C. Por ejemplo, a una temperatura ambiente (Ta) de 85°C, la corriente media máxima permitida sería: 13 mA - [0.17 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 13 mA - 10.2 mA =2.8 mA. Esta fuerte reducción destaca la necesidad de un diseño térmico cuidadoso en entornos de alta temperatura.
• Voltaje Inverso por Punto:5 V. Aplicar un voltaje de polarización inversa mayor que este puede causar ruptura de la unión.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para rangos de temperatura industrial.
• Condición de Soldadura:260°C durante 3 segundos, con la punta del soldador al menos 1/16 de pulgada (aprox. 1.6 mm) por debajo del plano de asiento. Esto evita que el calor excesivo suba por los terminales y dañe los chips LED internos.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas (Ta = 25°C)

Estos son los parámetros de rendimiento típicos bajo las condiciones de prueba especificadas.

• Intensidad Luminosa Media por Punto (I_V):1650 (Mín), 3600 (Típ) µcd. Probado a una corriente de pico (I_p) de 32 mA con un ciclo de trabajo de 1/16. La corriente media real es de 2 mA. El amplio rango indica un posible "binning" (clasificación) por luminosidad.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):595 nm (Típ). Esto define la longitud de onda a la cual la salida espectral es máxima, situándola en la región ámbar-amarilla del espectro visible.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):592 nm (Típ). Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano, que coincide estrechamente con la longitud de onda de pico.
• Ancho Medio Espectral (Δλ):15 nm (Típ). Esto indica la pureza espectral; un ancho más estrecho significa un color más saturado y puro.
• Voltaje Directo por Segmento (V_F):
  • 2.05V (Mín), 2.6V (Típ) a I_F= 20 mA.
  • 2.3V (Mín), 2.8V (Típ) a I_F= 80 mA. El aumento con la corriente se debe a la resistencia en serie del diodo.
• Corriente Inversa (I_R):100 µA (Máx) a V_R= 5V. Es deseable una corriente inversa baja.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):2:1 (Máx). Esto especifica la relación máxima permitida entre el punto más brillante y el más tenue en la matriz, asegurando una apariencia uniforme.

3. Explicación del Sistema de Binning

Aunque la hoja de datos proporcionada no detalla una estructura comercial formal de "binning", los rangos de parámetros especificados implican una variación inherente. Los diseñadores deben ser conscientes de las siguientes posibles variaciones entre unidades o lotes de producción:

• Binning de Longitud de Onda/Color:La longitud de onda dominante típica es de 592 nm. Las unidades pueden variar ligeramente alrededor de este valor, afectando el tono preciso del ámbar-amarillo.
• Binning de Intensidad Luminosa (Brillo):La intensidad luminosa tiene un mínimo de 1650 µcd y un valor típico de 3600 µcd. Esta amplia dispersión sugiere que para aplicaciones que requieren una coincidencia estricta de brillo, puede ser necesaria una selección o "binning" a nivel de ensamblaje.
• Binning de Voltaje Directo:El rango de voltaje directo (2.05V a 2.6V a 20mA) indica variación. Esto es importante para diseñar controladores de corriente constante para garantizar un brillo uniforme en todos los segmentos sin sobrecargar los de mayor V_F dots.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas características típicas. Estos gráficos, aunque no se muestran en el texto proporcionado, son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar.

4.1 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)

Esta curva mostraría la relación exponencial típica de un diodo. Los puntos V_Fespecificados a 20mA y 80mA dan dos puntos de datos. La curva ayuda a determinar el voltaje de accionamiento necesario para una corriente dada y permite calcular la disipación de potencia (V_F* I_F).

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

Este gráfico muestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente. Para los LED, la relación es generalmente lineal en un rango, pero se saturará a corrientes muy altas debido a la caída térmica y de eficiencia. Operar cerca de la corriente típica (derivada de la especificación de pico de 32mA, ciclo de trabajo 1/16) asegura una eficiencia y longevidad óptimas.

4.3 Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente

La salida de luz del LED disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esta característica, junto con la fuerte reducción de corriente (0.17 mA/°C), subraya la importancia crítica de gestionar la temperatura de operación del dispositivo para mantener un brillo y fiabilidad consistentes.

4.4 Distribución Espectral

Un gráfico de intensidad relativa vs. longitud de onda mostraría un pico alrededor de 595 nm con un ancho medio típico de 15 nm, confirmando el punto de color ámbar-amarillo.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El módulo de display tiene dimensiones físicas específicas (proporcionadas en un diagrama en la hoja de datos original). Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25 mm a menos que se indique lo contrario. Los diseñadores deben incorporar estas dimensiones en las carcasas de sus productos y en los diseños de PCB.

5.2 Conexión de Pines e Identificación de Polaridad

El dispositivo tiene una configuración de 14 pines. El pinout es el siguiente: 1. Ánodo Fila 5 2. Ánodo Fila 7 3. Cátodo Columna 2 4. Cátodo Columna 3 5. Ánodo Fila 4 6. Cátodo Columna 5 7. Ánodo Fila 6 8. Ánodo Fila 3 9. Ánodo Fila 1 10. Cátodo Columna 4 11. Cátodo Columna 3 (Nota: El Pin 4 también es Cátodo Columna 3; esto es probablemente un error tipográfico en el texto fuente. El Pin 11 es presumiblemente Cátodo Columna 6 u otra columna. Se debe consultar el diagrama de circuito interno para aclarar.) 12. Ánodo Fila 4 (Duplicado del Pin 5; probablemente un error de documentación) 13. Cátodo Columna 1 14. Ánodo Fila 2

Nota Crítica:La lista de pines proporcionada contiene duplicados aparentes (Pines 4 y 11 para Columna 3, Pines 5 y 12 para Fila 4). ElDiagrama de Circuito Internoreferenciado en la hoja de datos es la fuente autorizada para el mapeo correcto de pines a segmentos y debe usarse para el diseño. El display utiliza una configuración de grupo de cátodo común según la descripción de "Cátodo Columna" y "Ánodo Fila".

5.3 Diagrama de Circuito Interno

El esquema muestra la interconexión eléctrica de los 35 LED (5 columnas x 7 filas). El ánodo de cada LED está conectado a una línea de fila, y su cátodo está conectado a una línea de columna. Para iluminar un punto específico, su línea de fila correspondiente debe activarse en alto (ánodo), y la línea de columna debe activarse en bajo (cátodo). Esta estructura de matriz permite controlar 35 puntos con solo 12 líneas (5 filas + 7 columnas), permitiendo un multiplexado eficiente.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

• Soldadura por Reflujo:Siga la condición especificada: 260°C durante 3 segundos. Utilice un perfil térmico controlado para evitar choques térmicos.
• Soldadura Manual:Si es necesario, utilice un soldador con control de temperatura. Aplique calor al pin, no al cuerpo del paquete, y limite el tiempo de contacto para evitar que el calor se propague hacia el display.
• Limpieza:Utilice disolventes apropiados compatibles con los materiales del display (probablemente epoxi y plástico). Evite la limpieza ultrasónica que pueda dañar las uniones internas.
• Condiciones de Almacenamiento:Almacene en un entorno seco y antiestático dentro del rango de temperatura especificado (-35°C a +85°C).

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Medidores de Panel Industrial:Visualización de valores numéricos para voltaje, corriente, temperatura, presión, etc.
• Equipos de Prueba y Medición:Lecturas para multímetros, osciloscopios (para ajustes o lecturas básicas), generadores de señal.
• Electrodomésticos de Consumo:Temporizadores, básculas, displays de equipos de audio.
• Dispositivos Médicos:Lecturas numéricas simples en monitores o herramientas de diagnóstico donde la fiabilidad es clave.
• Equipos Minoristas:Displays de precios, terminales de transacción básicos.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito Controlador:Se requiere un microcontrolador con suficientes pines GPIO o un CI controlador de LED dedicado con soporte de multiplexado. El controlador debe ser capaz de suministrar corriente para las filas de ánodo y de absorber corriente para las columnas de cátodo. Las resistencias limitadoras de corriente son obligatorias para cada línea de fila o columna para establecer la corriente directa.
• Cálculo de Corriente:Debido al multiplexado, la corriente instantánea (de pico) por LED será mayor que la corriente media deseada. Para N filas multiplexadas, la corriente de pico debe ser aproximadamente N veces la corriente media deseada. Asegúrese de que esta corriente de pico no exceda el valor absoluto máximo de 60 mA.
• Gestión Térmica:Adhiérase a la curva de reducción de corriente. En altas temperaturas ambiente, reduzca la corriente de accionamiento o mejore la ventilación. La cara negra puede absorber más calor ambiente.
• Ángulo de Visión:Considere la posición de visualización prevista. Los displays de matriz de puntos LED a menudo tienen un ángulo de visión óptimo limitado.
• Protección ESD:Implemente protección ESD estándar en las líneas de control, especialmente si el display es accesible para el usuario.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con otras tecnologías de visualización de su época (como displays fluorescentes de vacío (VFD) o LCD más pequeños), el LTP-2157AKY-01 ofrece ventajas distintivas:

• vs. VFDs:Menor voltaje de operación, no requiere filamento o controlador de alto voltaje, más robusto, mayor vida útil y mejor rendimiento en entornos de baja temperatura.
• vs. LCDs:Mucho mayor brillo y contraste, autoiluminado (no necesita retroiluminación), rango de temperatura de operación más amplio y tiempo de respuesta más rápido. La contrapartida es un mayor consumo de energía y una capacidad limitada para mostrar gráficos complejos.
• vs. LED estándar de GaP o GaAsP:El uso de la tecnología AlInGaP proporciona una eficiencia luminosa y un brillo significativamente mayores, lo que resulta en una mejor visibilidad en condiciones de mucha luz.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Puedo accionar este display con una corriente constante de 20mA por punto?

R: No directamente en modo estático para todos los puntos simultáneamente, ya que esto excedería el límite de disipación de potencia media (35 mW/punto * 35 puntos = 1.225W, y 20mA * 2.6V = 52mW/punto). Debe usar multiplexado. En un multiplexado con ciclo de trabajo 1/7 (iluminando una fila a la vez), la corriente de pico por punto podría ser ~140mA para lograr una media de 20mA, lo que excede la especificación de pico de 60mA. Por lo tanto, debe diseñar el esquema de multiplexado y la corriente de pico cuidadosamente para mantenerse dentro de los límites medios y de pico.

P2: ¿Por qué hay asignaciones de pines duplicadas en la lista?

R: La lista de pines textual en el contenido proporcionado probablemente contiene errores de documentación. La referencia definitiva es elDiagrama de Circuito Internoen la hoja de datos original. Utilice siempre el esquema para su diseño de PCB.

P3: ¿Cómo calculo la resistencia limitadora de corriente necesaria?

R: Para una fuente de alimentación de voltaje constante (V_CC), use la Ley de Ohm: R = (V_CC- V_F- V_CE(sat)) / I_F. Donde V_Fes el voltaje directo del LED (use el valor máximo por seguridad, ej., 2.8V), V_CE(sat)es el voltaje de saturación del transistor controlador de columna (si se usa), e I_Fes la corriente directa deseada. Para un diseño multiplexado, I_Fes la corrientede pico current.

P4: ¿Cuál es la diferencia entre la longitud de onda de pico y la dominante?

A: La longitud de onda de pico (λ_p) es el punto físico de máxima emisión espectral. La longitud de onda dominante (λ_d) es la correlación psicofísica, que representa la longitud de onda única que coincidiría con el color percibido. A menudo están muy cerca para los LED monocromáticos.

10. Caso de Estudio de Diseño Práctico

Escenario:Diseñar una lectura simple de voltímetro digital utilizando el LTP-2157AKY-01, accionado por un sistema de microcontrolador de 5V en un entorno de hasta 50°C.

1. Selección del Controlador:Elija un microcontrolador con al menos 12 pines GPIO libres o combine un MCU más pequeño con un registro de desplazamiento serie a paralelo y matrices de transistores para el accionamiento de filas/columnas.
2. Límite de Corriente:Determine la corriente media máxima por punto a 50°C: 13 mA - [0.17 mA/°C * (50-25)] = 13 mA - 4.25 mA =8.75 mA.
3. Esquema de Multiplexado:Use multiplexado de filas 1:7. Para lograr un promedio de 8.75 mA, la corriente de pico durante su tiempo de fila activa debería ser ~61.25 mA (8.75 * 7). Esto está ligeramente por encima de la especificación de pico de 60 mA. Por lo tanto, reduzca el promedio objetivo a ~8.5 mA, dando un pico de 59.5 mA.
4. Cálculo de la Resistencia:Suponiendo un V_CE(sat)del controlador de columna de 0.2V y un V_F(máx)de 2.8V. Para una fuente de 5V que acciona el ánodo: R = (5V - 2.8V - 0.2V) / 0.0595 A ≈ 33.6Ω. Use una resistencia estándar de 33Ω. Potencia nominal: P = I²* R = (0.0595)²* 33 ≈ 0.117W. Una resistencia de 1/4W es suficiente.
5. Software:Implemente una interrupción de temporizador para recorrer las 7 filas, activando los controladores de columna apropiados para cada fila según el mapa de fuentes de caracteres.

11. Principio de Funcionamiento

El dispositivo funciona según el principio de electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. Cuando se aplica un voltaje de polarización directa que excede el voltaje de encendido del diodo a través de una celda LED individual (fila de ánodo positiva, columna de cátodo negativa), los electrones y los huecos se recombinan en la región activa de AlInGaP, liberando energía en forma de fotones a una longitud de onda determinada por el bandgap del material (~592-595 nm, ámbar-amarillo). La matriz 5x7 se direcciona activando selectivamente una fila (ánodo) a la vez mientras se proporcionan caminos de sumidero en las columnas (cátodos) para los puntos que deben iluminarse en esa fila. Este proceso (multiplexado) ocurre más rápido de lo que el ojo humano puede percibir, creando una imagen estable de todos los puntos deseados.

12. Tendencias Tecnológicas

Si bien este producto específico utiliza la tecnología madura de AlInGaP sobre GaAs, el campo más amplio de los displays LED ha evolucionado significativamente. Las tendencias actuales relevantes para esta categoría de producto incluyen:

• Miniaturización:Los displays de matriz de puntos están disponibles en pasos de píxel y tamaños de paquete mucho más pequeños.
• Matrices RGB a Todo Color:Los displays modernos a menudo integran LED rojos, verdes y azules en cada píxel, permitiendo gráficos a todo color.
• Controladores Integrados:Los módulos más nuevos a menudo incluyen el CI controlador y el controlador a bordo, comunicándose a través de interfaces serie (I2C, SPI), simplificando enormemente el diseño del sistema host en comparación con el multiplexado directo por GPIO.
• Materiales de Mayor Eficiencia:El cambio de AlInGaP a materiales aún más eficientes como InGaN para ciertos colores, y las mejoras continuas en la eficiencia cuántica interna y la extracción de luz.
• Tecnologías Alternativas:Para displays alfanuméricos, la tecnología OLED (LED Orgánico) ofrece beneficios autoemisivos similares con factores de forma potencialmente más delgados y ángulos de visión más amplios, aunque históricamente con consideraciones de vida útil y costo diferentes.

El LTP-2157AKY-01 representa una solución robusta y probada para aplicaciones donde su combinación específica de tamaño, color, simplicidad y fiabilidad cumple con los requisitos de diseño.