Hoja de Datos del Display de Matriz de Puntos LED LTP-2157AKD - Altura 2.0 Pulgadas - Matriz 5x7 - Rojo Hiperintenso (650nm) - 40mW/Punto - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTP-2157AKD es un módulo de visualización alfanumérica de estado sólido, diseñado para aplicaciones que requieren una salida visual clara, brillante y fiable. Su función principal es mostrar caracteres y símbolos utilizando una cuadrícula de diodos emisores de luz (LED) direccionables individualmente. Los principales dominios de aplicación incluyen paneles de control industrial, instrumentación, terminales punto de venta (TPV), pantallas de equipos médicos y diversos dispositivos electrónicos de consumo donde es suficiente una lectura de caracteres monocromática y sencilla.

El principio de funcionamiento fundamental se basa en una configuración de matriz de puntos de 5x7. Esto significa que cada carácter se forma iluminando un patrón específico dentro de una cuadrícula de 5 columnas y 7 filas de píxeles LED. Al aplicar selectivamente un voltaje directo a las líneas de ánodo (fila) y cátodo (columna) correspondientes a cada píxel deseado, se encienden puntos específicos para crear formas reconocibles como letras y números. El dispositivo utiliza un esquema de excitación multiplexada, donde las filas se activan secuencialmente a alta frecuencia, creando la percepción de un carácter estable y completamente iluminado mientras se minimiza el número de pines de control necesarios y el consumo de energía.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico se define bajo condiciones de prueba estándar a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. El parámetro clave, la Intensidad Luminosa Promedio (Iv), tiene un valor típico de 3500 microcandelas (µcd) cuando se excita con una corriente pico (Ip) de 32mA y un ciclo de trabajo de 1/16. Esto indica una salida de alta luminosidad adecuada para entornos bien iluminados. El valor mínimo especificado es de 1650 µcd, que define el límite inferior de rendimiento del producto.

Las características de color están determinadas por el material semiconductor AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio). La Longitud de Onda de Emisión Pico (λp) es típicamente de 650 nanómetros (nm), ubicándolo en la región del rojo hiperintenso del espectro visible. La Longitud de Onda Dominante (λd) se especifica en 639 nm. La diferencia entre la longitud de onda pico y la dominante, junto con el Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ) de 20 nm, describe la pureza espectral y el tono específico de rojo emitido. Se especifica una Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa de 2:1 (máx.), lo que significa que el brillo del segmento más tenue en un carácter no debe ser inferior a la mitad del brillo del segmento más brillante bajo condiciones de excitación idénticas, garantizando una apariencia uniforme.

2.2 Características Eléctricas y Térmicas

Los Valores Absolutos Máximos definen los límites operativos más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente. La Disipación de Potencia Promedio por Punto está clasificada en 40 milivatios (mW). La Corriente Directa Pico por Punto puede alcanzar los 90mA para operación pulsada, mientras que la Corriente Directa Promedio por Punto tiene una clasificación base de 15mA a 25°C, reduciéndose linealmente en 0.2 mA/°C a medida que aumenta la temperatura. Esta reducción es crítica para la gestión térmica y la fiabilidad a largo plazo. El Voltaje Inverso Máximo por Punto es de 5V.

Bajo condiciones típicas de operación (Corriente Directa IF=20mA), el Voltaje Directo por Segmento (VF) varía entre 2.1V (mín.) y 2.6V (máx.). Este parámetro es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente en el controlador. La Corriente Inversa (IR) es muy baja, típicamente de 2.3 a 2.8 microamperios (µA) al voltaje inverso máximo de 5V, lo que indica buenas características de diodo.

El dispositivo está clasificado para un Rango de Temperatura de Operación de -35°C a +85°C, con un Rango de Temperatura de Almacenamiento idéntico. Este amplio rango lo hace adecuado para entornos hostiles. La temperatura máxima de soldadura se especifica como 260°C durante un máximo de 3 segundos, medida a 1.6mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento, lo que proporciona pautas claras para los procesos de montaje en PCB.

3. Información Mecánica y de Empaquetado

La pantalla tiene una altura de matriz declarada de 2.0 pulgadas (50.8 mm). Las dimensiones del encapsulado se proporcionan en un dibujo detallado con todas las medidas en milímetros. Las tolerancias de fabricación son generalmente de ±0.25 mm (0.01 pulgadas) a menos que se indique lo contrario en el dibujo. El encapsulado físico presenta una cara gris con puntos de color blanco, lo que mejora el contraste cuando los LED están apagados y difumina la luz cuando están encendidos.

El diagrama de conexión de pines es crucial para una interfaz correcta. El dispositivo tiene una configuración de 14 pines. El circuito interno es una disposición estándar de cátodo común para las columnas, con los ánodos para las 7 filas conectados a pines individuales. Es importante notar las conexiones internas: el Pin 4 y el Pin 11 están conectados internamente (ambos son Cátodo para la Columna 3), y el Pin 5 y el Pin 12 están conectados internamente (ambos son Ánodo para la Fila 4). Estas conexiones se realizan para simplificar el bonding interno y no afectan la lógica de excitación externa.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas típicas de características eléctricas y ópticas. Aunque los gráficos específicos no se detallan en el texto proporcionado, las curvas estándar para tales dispositivos incluirían típicamente:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V):Este gráfico muestra la relación exponencial, crucial para determinar el voltaje de alimentación necesario para una corriente de excitación dada.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa:Esta curva muestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente, típicamente en una relación casi lineal dentro del rango de operación antes de que la eficiencia disminuya a corrientes muy altas.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Esto demuestra el efecto de extinción térmica, donde la salida del LED disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. Comprender esto es clave para aplicaciones con altas temperaturas ambientales o mala disipación de calor.
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa versus longitud de onda, que muestra la concentración de la salida de luz alrededor del pico de 650nm con el ancho medio definido de 20nm.

Estas curvas permiten a los diseñadores optimizar el rendimiento y comprender las compensaciones entre brillo, eficiencia, corriente de excitación y gestión térmica.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

El montaje debe adherirse al perfil de soldadura especificado para prevenir daños. La temperatura máxima de soldadura permitida es de 260°C, y el componente no debe estar expuesto a esta temperatura durante más de 3 segundos. Esto se logra típicamente mediante un proceso de soldadura por reflujo controlado con un perfil que aumenta la temperatura, la mantiene en el pico y se enfría dentro de los límites especificados. La soldadura manual con cautín requiere extremo cuidado para localizar el calor y evitar exceder estos parámetros.

Para el almacenamiento, el dispositivo debe mantenerse dentro del rango de temperatura especificado de -35°C a +85°C en un ambiente de baja humedad. Se recomienda utilizar los componentes dentro de su vida útil y seguir las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo para proteger las uniones semiconductoras sensibles.

6. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

6.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El LTP-2157AKD requiere un circuito controlador externo. Un diseño común utiliza un microcontrolador con suficientes pines de E/S o un circuito integrado controlador de pantalla LED dedicado (como el MAX7219 o similar). El controlador debe implementar multiplexación: activa secuencialmente cada una de las 7 líneas de ánodo de fila mientras proporciona los datos de cátodo de columna para esa fila específica. La frecuencia de refresco debe ser lo suficientemente alta (típicamente >100Hz) para evitar parpadeo visible. Las resistencias limitadoras de corriente son obligatorias para cada línea de columna (o integradas en el controlador) para establecer la corriente directa al valor deseado (por ejemplo, 20mA para un brillo típico). El cálculo para el valor de la resistencia es R = (Vcc - Vf - Vdriver_sat) / If, donde Vcc es el voltaje de alimentación, Vf es el voltaje directo del LED (~2.6V máx.), Vdriver_sat es el voltaje de saturación del controlador e If es la corriente directa deseada.

6.2 Consideraciones de Diseño

• Fuente de Alimentación:Asegúrese de que la fuente de alimentación pueda entregar la corriente pico requerida. Con 5 columnas potencialmente encendidas por fila y una corriente pico de hasta 20mA por punto, una sola fila podría consumir 100mA. La fuente debe manejar esta carga pulsada.
• Disipación de Calor:Aunque los puntos individuales disipan solo 40mW máx., la operación continua de muchos puntos puede generar calor significativo. Asegure una ventilación o disipación de calor adecuada si opera a altas temperaturas ambientales o en los valores máximos nominales.
• Ángulo de Visión y Contraste:El diseño de cara gris/puntos blancos ofrece un buen contraste en estado apagado. Considere el ángulo de visión previsto al montar la pantalla; el brillo del LED suele ser más alto en el eje.
• Software:El firmware del microcontrolador necesita incluir un mapa de fuentes (una tabla de búsqueda que define el patrón 5x7 para cada carácter) y la rutina de multiplexación.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

El diferenciador principal de esta pantalla es su uso de la tecnología LED AlInGaP Rojo Hiperintenso. En comparación con los antiguos LED rojos de GaAsP (Fosfuro de Arsénico y Galio), el AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, lo que resulta en un mayor brillo para la misma corriente de excitación, o un brillo equivalente con menor potencia. También proporciona una mejor pureza de color y estabilidad con la temperatura y el tiempo.

En comparación con un simple display de 7 segmentos, una matriz de puntos 5x7 ofrece mucha mayor flexibilidad, siendo capaz de mostrar el conjunto completo de caracteres alfanuméricos (A-Z, 0-9, símbolos) e incluso gráficos simples, mientras que un display de 7 segmentos se limita principalmente a números y algunas letras. La compensación es una mayor complejidad tanto en hardware (más pines de control) como en software (generación de caracteres).

8. Preguntas Frecuentes Basadas en Parámetros Técnicos

P: ¿Puedo excitar esta pantalla con una corriente continua constante sin multiplexación?

R: Técnicamente sí, pero es altamente ineficiente y no se recomienda. Excitar los 35 puntos simultáneamente a 20mA requeriría un consumo de corriente de 700mA y generaría calor significativo. La multiplexación es el método estándar y previsto, que reduce el consumo de energía y el número de pines.

P: ¿Cuál es la diferencia entre la Longitud de Onda de Emisión Pico (650nm) y la Longitud de Onda Dominante (639nm)?

R: La longitud de onda pico es el punto de máxima intensidad en la salida espectral. La longitud de onda dominante es la longitud de onda única de luz monocromática que parecería tener el mismo color para el ojo humano. La diferencia surge porque el LED emite un espectro de luz (de 20nm de ancho), no una sola longitud de onda pura.

P: El diagrama de pines muestra dos pines para la Columna 3 y dos pines para la Fila 4. ¿Necesito conectar ambos?

R: No, estos pines están conectados internamente. Conectar cualquiera de ellos es suficiente. Esta conexión interna es un artefacto de fabricación para simplificar el bonding del chip. Conectar ambos no causa daño pero es innecesario.

P: ¿Cómo calculo el consumo de energía promedio?

R: Para una pantalla multiplexada, la corriente promedio es aproximadamente (Número de puntos encendidos en un carácter completamente iluminado / Número total de puntos) * Corriente por punto * Ciclo de Trabajo. Por ejemplo, para un carácter que usa 24 puntos encendidos a 20mA con un ciclo de trabajo de 1/7 (7 filas): Corriente Promedio ≈ (24/35) * 20mA * (1/7) ≈ 2mA por carácter. Multiplique por el número de caracteres para la carga total.

9. Caso Práctico de Aplicación

Escenario: Diseñar una lectura de temperatura de un solo carácter para un horno industrial.

El requisito es mostrar una temperatura de 0 a 199°C. Un microcontrolador lee un sensor de temperatura. Se utiliza un display LTP-2157AKD. El microcontrolador tiene pines limitados, por lo que utiliza un registro de desplazamiento serie-paralelo (como el 74HC595) para excitar los 5 cátodos de columna y utiliza 7 de sus propios pines de E/S para excitar los ánodos de fila mediante interruptores de transistor (para manejar la mayor corriente de fila).

El firmware incluye una fuente 5x7 para los dígitos 0-9 y el símbolo de grados. La rutina de multiplexación se ejecuta en una interrupción de temporizador. La pantalla muestra números rojos brillantes y estables, legibles desde varios pies de distancia en un entorno de fábrica. El amplio rango de temperatura de operación de la pantalla (-35°C a +85°C) garantiza la fiabilidad incluso si la carcasa externa del controlador del horno se calienta. El alto contraste de la cara gris evita que se desvanezca bajo la iluminación industrial brillante.

10. Principio Tecnológico y Tendencias

10.1 Principio Tecnológico Subyacente

La generación de luz se basa en la electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones de la capa de AlInGaP tipo n se recombinan con los huecos de la capa tipo p. Este evento de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). El ancho de banda específico del material AlInGaP determina la longitud de onda (color) de los fotones emitidos, en este caso, luz roja alrededor de 650nm. El sustrato de GaAs no transparente absorbe cualquier luz emitida hacia abajo, mejorando la eficiencia general al reflejar más luz hacia la parte superior del dispositivo. La matriz 5x7 se crea depositando y modelando múltiples chips LED diminutos o un solo chip modelado en un sustrato común, con líneas de ánodo y cátodo interconectadas.

10.2 Tendencias de la Industria

Si bien los displays discretos de matriz de puntos 5x7 como el LTP-2157AKD siguen siendo relevantes para aplicaciones específicas y sensibles al costo, las tendencias más amplias de la industria se mueven hacia soluciones integradas. Estas incluyen:

- Matrices de Dispositivos de Montaje Superficial (SMD):Huella más pequeña, montaje automatizado más fácil.

- Displays con Controlador/Excitador Integrado:Módulos con controladores incorporados que se comunican mediante SPI o I2C, reduciendo drásticamente la carga de recursos del microcontrolador.

- Mayor Resolución y Color:Movimiento hacia matrices de paso más fino y displays RGB a todo color para gráficos más detallados.

- Tecnologías Alternativas:En algunas aplicaciones, los displays OLED (LED Orgánico) ofrecen un contraste y ángulos de visión superiores, aunque a menudo a un costo más alto y con diferentes características de vida útil.

Las ventajas perdurables de las matrices LED discretas como esta son su extrema robustez, larga vida útil, alto brillo, simplicidad y bajo costo para tareas de visualización de caracteres monocromáticos, lo que garantiza su uso continuo en sistemas industriales y embebidos.