Hoja de Datos del Display LED de Matriz de Puntos 8x8 LTP-2088AKD - Altura 2.3 Pulgadas - Rojo Hiper AlInGaP - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 40mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTP-2088AKD es un módulo de display LED de matriz de puntos 8x8 de un solo plano, diseñado para la presentación de información alfanumérica y simbólica. Su función principal es proporcionar una interfaz de salida visual confiable y de bajo consumo en sistemas electrónicos. La ventaja principal de este dispositivo radica en el uso de chips LED Rojo Hiper de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio), que ofrecen un equilibrio entre rendimiento y eficiencia. El display presenta una cara gris con segmentos blancos, mejorando el contraste y la legibilidad. Está categorizado por intensidad luminosa, garantizando consistencia en el brillo entre lotes de producción. El dispositivo es apilable horizontalmente, permitiendo crear displays multi-carácter más anchos sin interfaz compleja. Su compatibilidad con códigos de caracteres estándar como USASCII y EBCDIC lo hace versátil para integrarse en varios sistemas digitales que requieren salida de texto simple.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

2.1 Características Ópticas

El rendimiento óptico se define a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C. El parámetro clave, Intensidad Luminosa Promedio (I_V), tiene un valor típico de 3500 µcd (microcandelas) bajo una condición de prueba de I_p=32mA y un ciclo de trabajo de 1/16. El valor mínimo especificado es 1650 µcd, y no se lista un límite máximo, lo que indica un enfoque en cumplir un umbral mínimo de brillo. El dispositivo emite en el espectro rojo con una Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p) de 650 nm y una Longitud de Onda Dominante (λ_d) de 639 nm, medidas a I_F=20mA. La pureza espectral se indica mediante un Ancho de Media Línea Espectral (Δλ) de 20 nm. Un parámetro crítico para displays de múltiples puntos es la Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m), especificada como máximo 2:1. Esto significa que el punto más brillante de la matriz no será más del doble de brillante que el punto más tenue bajo las mismas condiciones de operación, asegurando una apariencia uniforme.

2.2 Características Eléctricas

Los parámetros eléctricos también se especifican a T_A=25°C. La Tensión Directa (V_F) para cualquier punto LED individual es típicamente de 2.6V a I_F=20mA, con un máximo de 2.8V a una corriente de pulso más alta de I_F=80mA. El V_Fmínimo es de 2.1V a 20mA. La Corriente Inversa (I_R) está limitada a un máximo de 100 µA cuando se aplica una Tensión Inversa (V_R) de 5V, indicando buenas características de diodo.

2.3 Valores Absolutos Máximos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente. La Disipación de Potencia Promedio por punto no debe exceder los 40 mW. La Corriente Directa Pico por punto está clasificada en 90 mA. La Corriente Directa Promedio por punto es de 15 mA a 25°C, con un factor de reducción de 0.2 mA/°C, lo que significa que la corriente continua permitida disminuye a medida que la temperatura ambiente supera los 25°C. La Tensión Inversa máxima por punto es de 5V. El dispositivo está clasificado para un Rango de Temperatura de Operación de -35°C a +85°C y un Rango de Temperatura de Almacenamiento idéntico. La soldabilidad se especifica para un proceso de ola o reflujo: el dispositivo puede soportar 260°C durante 3 segundos en un punto a 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.59 mm) por debajo del plano de asiento del paquete.

3. Información Mecánica y del Paquete

El display tiene una altura de matriz de 2.3 pulgadas (58.42 mm). Las dimensiones del paquete se proporcionan en un dibujo detallado con todas las medidas en milímetros. La tolerancia de fabricación para estas dimensiones es de ±0.25 mm (o ±0.01 pulgadas) a menos que se indique específicamente lo contrario en el dibujo. Este nivel de precisión es importante para el ajuste mecánico en paneles o carcasas.

4. Conexión de Pines y Circuito Interno

El dispositivo utiliza una configuración de 16 pines para la interfaz. La asignación de pines está diseñada para el manejo de matriz X-Y. Los pines 1-4 y 9-12 son los Ánodos para las Columnas 1-4 y 8-5 respectivamente. Los pines 5-8 y 13-16 son los Cátodos para las Filas 5-8 y 4-1 respectivamente. Esta disposición específica es crucial para diseñar el circuito de manejo correcto. El diagrama del circuito interno muestra que los 64 LED (8 filas x 8 columnas) están dispuestos en una configuración de cátodo común para las filas. Esto significa que para iluminar un punto específico, su ánodo de columna correspondiente debe ser activado en alto (aplicar voltaje positivo) mientras su cátodo de fila se activa en bajo (conectado a tierra). Se utilizan técnicas de multiplexación para escanear filas o columnas y mostrar patrones.

5. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos establece explícitamente que el dispositivo está "Categorizado por Intensidad Luminosa". Esto indica un proceso de clasificación (binning) donde las unidades fabricadas se clasifican según su salida de luz medida (en µcd) bajo condiciones de prueba estándar. Las unidades que caen dentro de rangos específicos de intensidad se agrupan. Esto permite a los diseñadores seleccionar displays con brillo consistente para una aplicación dada, evitando variaciones notables entre diferentes unidades en un producto. Aunque no se detalla en este documento, la clasificación típica para tales displays podría involucrar varios grados de intensidad (por ejemplo, alto brillo, brillo estándar).

6. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a "Curvas Típicas de Características Eléctricas / Ópticas". Estos gráficos, típicamente incluidos en versiones más completas de la hoja de datos, representarían visualmente la relación entre parámetros clave. Las curvas esperadas incluyen: Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V), mostrando la relación exponencial y permitiendo el cálculo del voltaje del driver; Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa, mostrando cómo la salida de luz aumenta con la corriente, a menudo de manera sub-lineal a corrientes más altas; Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente, mostrando la disminución de la salida a medida que aumenta la temperatura; y posiblemente la curva de Distribución Espectral, que representa la potencia relativa a través de longitudes de onda centradas alrededor de 650 nm. Analizar estas curvas es esencial para optimizar las condiciones de manejo y comprender el rendimiento bajo temperaturas no estándar.

7. Directrices de Soldadura y Montaje

La directriz principal proporcionada es el Valor Absoluto Máximo para la temperatura de soldadura: 260°C durante 3 segundos, medido a 1.59mm (1/16") por debajo del plano de asiento del paquete. Esta es una clasificación estándar para procesos de soldadura por ola o reflujo. Los diseñadores deben asegurarse de que su perfil de soldadura no exceda este límite para evitar daños a los chips LED internos, las conexiones de alambre o el paquete de plástico. Para soldadura manual, se debe usar un cautín controlado por temperatura con un tiempo de contacto mínimo. Siempre se deben seguir los procedimientos adecuados de manejo ESD (Descarga Electroestática) durante el montaje, ya que los LED son sensibles a la electricidad estática.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Esta matriz de puntos 8x8 es ideal para aplicaciones que requieren texto compacto de baja resolución o gráficos simples. Usos comunes incluyen: paneles de control industrial para mostrar códigos de estado o mensajes simples; equipos de prueba y medición para mostrar valores numéricos o unidades; electrónica de consumo como marcadores de puntuación simples o displays de información; y kits educativos para aprender sobre interfaz de microcontroladores y multiplexación.

8.2 Consideraciones de Diseño

Circuito de Manejo:Se requiere un microcontrolador con suficientes pines de E/S o circuitos integrados dedicados para manejo de LED (como registros de desplazamiento con salidas de corriente constante). El circuito debe implementar multiplexación para recorrer las 8 filas (o columnas).
Limitación de Corriente:Resistencias o drivers de corriente constante son obligatorios para cada columna de ánodo (o cada punto, dependiendo del diseño) para establecer la corriente directa y evitar exceder los Valores Absolutos Máximos.
Disipación de Potencia:Los límites de 40mW por punto y 15mA de corriente promedio deben respetarse en el esquema de multiplexación. Por ejemplo, con un ciclo de trabajo de multiplexación de 1/8, la corriente instantánea por punto puede ser mayor que 15mA, pero la corriente *promedio* durante todo el ciclo debe calcularse para mantenerse dentro de los límites.
Ángulo de Visión:La característica de "ángulo de visión amplio" es beneficiosa, pero la distribución angular exacta de la luz no está especificada. Para aplicaciones de visión amplia, se recomienda la evaluación de un prototipo.
Apilamiento:La característica de apilabilidad horizontal simplifica la creación de displays de múltiples dígitos. Se debe planificar la alineación mecánica y la conexión eléctrica entre módulos.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El diferenciador clave del LTP-2088AKD es su uso de la tecnología Rojo Hiper AlInGaP. En comparación con tecnologías más antiguas como los LED rojos estándar de GaAsP (Fosfuro de Arsénico y Galio), el AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor. Esto significa que puede producir más luz (mayor intensidad luminosa) para la misma cantidad de corriente eléctrica, contribuyendo directamente a su característica de "bajo requerimiento de potencia". También suele ofrecer una mejor estabilidad de longitud de onda con la temperatura y a lo largo de la vida útil. El diseño de cara gris/segmentos blancos mejora el contraste en comparación con los paquetes completamente rojos o verdes, especialmente bajo condiciones de alta luz ambiental. La categorización explícita de intensidad luminosa (binning) es una ventaja para aplicaciones que requieren uniformidad.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

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 potencia en la salida espectral. La longitud de onda dominante es la longitud de onda única de luz monocromática que produciría el mismo color percibido (tono) que la salida del LED. La diferencia se debe a la forma de la curva espectral del LED, que tiene cierto ancho.

P: ¿Cómo calculo la resistencia en serie requerida para un punto?
R: Usa la Ley de Ohm: R = (V_{de alimentación}- V_F) / I_F. Para una fuente de 5V, V_Ftípica de 2.6V, y una I_Fdeseada de 20mA: R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω. Usa el V_Fmáximo (2.8V) para un diseño conservador que asegure que la corriente nunca exceda el objetivo.

P: ¿Puedo manejarlo con un voltaje constante sin limitación de corriente?
R: No. La tensión directa del LED tiene tolerancia y disminuye con la temperatura. Un voltaje constante cerca de V_Fpuede causar fuga térmica, donde el aumento de corriente calienta el LED, bajando V_F, causando más corriente, lo que lleva a una falla. Siempre usa limitación de corriente.

P: ¿Qué significa una Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa de 2:1 para mi diseño?
R: Garantiza uniformidad visual. En el peor de los casos, un punto puede ser el doble de brillante que otro. Para la mayoría de los displays alfanuméricos, esta relación es aceptable y no distrae. Para gráficos que requieren niveles de gris precisos, puede ser una consideración.

11. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Construir un display alfanumérico de 4 caracteres para un controlador de temperatura.
Diseño:Se apilan horizontalmente cuatro módulos LTP-2088AKD. Se utiliza un solo microcontrolador (por ejemplo, un ATmega328P). Debido a la E/S limitada, se utilizan dos registros de desplazamiento de entrada serie/salida paralelo de 8 bits (como 74HC595) para manejar los 32 ánodos de columna (8 columnas x 4 displays). Los 8 cátodos de fila (comunes en todos los displays debido al apilamiento) son manejados directamente por 8 pines del microcontrolador configurados como salidas de drenador abierto/sumidero, cada uno con un transistor para mayor capacidad de corriente.
Software:El firmware implementa una rutina de multiplexación. Establece el patrón para una fila (a través de los registros de desplazamiento) y luego activa (pone a tierra) solo el cátodo de esa fila correspondiente. Recorre rápidamente las 8 filas (por ejemplo, una tasa de escaneo de 1-2 kHz). La persistencia de la visión crea la ilusión de una imagen estable.
Cálculo de Corriente:Para mostrar todos los puntos en una fila al máximo brillo, la corriente instantánea por punto podría establecerse en 25mA. Con un ciclo de trabajo de 1/8, la corriente promedio por punto es 25mA / 8 = 3.125mA, muy por debajo de la clasificación promedio de 15mA. La corriente total de alimentación alcanza su pico cuando se enciende una fila completa: 8 puntos/display * 4 displays * 25mA = 800mA. La fuente de alimentación y los transistores de manejo de fila deben dimensionarse en consecuencia.

12. Principio de Funcionamiento

El LTP-2088AKD se basa en el principio de electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. El sistema de material AlInGaP es un semiconductor de banda prohibida directa. Cuando se polariza directamente (voltaje positivo en el ánodo en relación con el cátodo), los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región activa. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía en forma de fotones (luz). La composición específica de Aluminio, Indio, Galio y Fosfuro determina la energía de la banda prohibida, que a su vez dicta la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, rojo a aproximadamente 650 nm. El sustrato de GaAs no transparente ayuda a reflejar la luz hacia arriba, mejorando la eficiencia de extracción de luz externa desde la parte superior del chip. La matriz 8x8 se forma cableando individualmente 64 de estos pequeños chips LED en un patrón de cuadrícula de filas y columnas dentro del paquete único.

13. Tendencias Tecnológicas

Los displays discretos de matriz de puntos como el LTP-2088AKD representan una tecnología madura. Las tendencias actuales en tecnología de displays se mueven hacia una mayor integración y diferentes factores de forma. Los módulos integrados de matriz de puntos LED con controladores incorporados (interfaz I2C o SPI) son cada vez más comunes, simplificando el esfuerzo de diseño para el usuario final. Para nuevos diseños que requieren displays alfanuméricos pequeños, las LCD segmentadas o las OLED a menudo ofrecen un menor consumo de energía y un formato más flexible. Sin embargo, las matrices de puntos LED tradicionales conservan ventajas en nichos específicos: brillo extremadamente alto para visualización en exteriores o con alta luz ambiental, amplios rangos de temperatura de operación, larga vida útil y robustez en entornos industriales hostiles. La tecnología subyacente del chip LED AlInGaP continúa mejorando, con investigaciones en curso para aumentar la eficiencia (lúmenes por vatio) y mejorar la pureza del color, lo que beneficia a todas las aplicaciones de LED rojos, incluidos los displays de matriz.