Hoja de Datos del Display LED LTD-5721AKF - Altura de Dígito 0.56 Pulgadas - AlInGaP Naranja Amarillo - Voltaje Directo 2.6V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTD-5721AKF es un módulo de display LED numérico de alto rendimiento y dos dígitos, diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras, brillantes y confiables. Su función principal es proporcionar datos numéricos visuales en un paquete compacto y eficiente. La ventaja principal de este dispositivo radica en la utilización de la avanzada tecnología de semiconductor AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para los chips LED, conocida por producir emisión de luz de alta eficiencia en el espectro naranja amarillo. Esta tecnología, combinada con una construcción específica de chip sobre un sustrato de GaAs no transparente, contribuye a las características clave de rendimiento del display.

El dispositivo está categorizado como tipo de ánodo común, una configuración estándar para simplificar el circuito de manejo en displays multi-segmento. Cuenta con un punto decimal a la derecha para cada dígito, proporcionando flexibilidad para mostrar números fraccionarios. El diseño físico incorpora una cara gris con segmentos de color blanco, una combinación diseñada para maximizar el contraste y mejorar la legibilidad de los caracteres bajo diversas condiciones de iluminación. La altura de dígito de 0.56 pulgadas (14.22 mm) lo hace adecuado para aplicaciones donde la información necesita ser legible desde una distancia moderada sin requerir componentes excesivamente grandes.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Los límites absolutos máximos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se recomienda operar el display continuamente en o cerca de estos límites, ya que probablemente reducirá su vida útil operativa.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la potencia máxima que puede disiparse de forma segura como calor por un segmento LED individual sin causar daño.
• Corriente Directa Pico por Segmento:60 mA. Esta clasificación de corriente aplica bajo condiciones pulsadas (frecuencia de 1 kHz, ciclo de trabajo del 10%), permitiendo un brillo instantáneo mayor en esquemas de manejo multiplexado.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta es la corriente DC máxima recomendada para la operación continua de un solo segmento. Se especifica un factor de reducción de 0.28 mA/°C, lo que significa que la corriente continua máxima permitida disminuye a medida que la temperatura ambiente (Ta) aumenta por encima de 25°C para evitar sobrecalentamiento.
• Voltaje Inverso por Segmento:5 V. Aplicar un voltaje inverso mayor que este valor puede romper la unión PN del LED.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +105°C. El dispositivo está clasificado para resistencia a temperatura de grado industrial.
• Condiciones de Soldadura:Soldadura por ola a 260°C por un máximo de 3 segundos, con la condición de que la temperatura del cuerpo de la unidad no exceda la clasificación de temperatura máxima. Esto es crítico para el ensamblaje para prevenir daño térmico al paquete plástico y a las uniones internas.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros se miden bajo condiciones de prueba estándar (Ta = 25°C) y definen el rendimiento típico del dispositivo.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):43.75 mcd (Mín), 70 mcd (Típ) a I_F= 20 mA. Esta es una medida de la potencia de salida de luz percibida por el ojo humano. La condición de prueba se revisó de 1 mA a 20 mA, indicando la corriente de operación estándar para la especificación de brillo.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):611 nm (Típ). Esta es la longitud de onda en la cual la distribución espectral de potencia de la luz emitida está en su máximo.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):17 nm (Típ). Este parámetro indica la pureza espectral o el ancho de banda de la luz emitida, medido como el ancho total a la mitad del máximo (FWHM) del pico de emisión.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):605 nm (Típ). Esta es la longitud de onda única que mejor representa el color percibido de la luz, calculada a partir del espectro de emisión y las funciones de correspondencia de color CIE.
• Voltaje Directo por Segmento (V_F):2.05 V (Mín), 2.6 V (Típ) a I_F= 20 mA. Esta es la caída de voltaje a través de un segmento LED durante la operación. Los diseñadores deben asegurar que el circuito de manejo pueda proporcionar este voltaje.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):100 μA (Máx) a V_R= 5 V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando se aplica el voltaje inverso especificado.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa:2:1 (Máx) para área de luz similar. Esto especifica la relación máxima permitida entre los segmentos más brillantes y más tenues dentro de un dispositivo cuando se manejan bajo condiciones idénticas, asegurando uniformidad visual.

Nota de Medición:Los valores de intensidad luminosa se miden utilizando una combinación de sensor y filtro diseñada para aproximar la función de luminosidad fotópica CIE, que modela la sensibilidad espectral del ojo humano estándar bajo condiciones de iluminación normales (fotópicas).

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos establece explícitamente que el dispositivo está "Categorizado por Intensidad Luminosa". Esto indica la presencia de un proceso de clasificación o "binning" posterior a la fabricación. Debido a las variaciones inherentes en los procesos de crecimiento epitaxial del semiconductor y fabricación del chip, parámetros del LED como la intensidad luminosa y el voltaje directo pueden variar de un lote a otro e incluso dentro de un mismo lote.

El proceso de binning implica probar cada unidad y clasificarlas en diferentes grupos (bins) según parámetros medidos específicos. Para el LTD-5721AKF, el criterio principal de clasificación es laIntensidad Luminosa Promedio. Las unidades se agrupan de acuerdo con su salida de luz medida en la corriente de prueba estándar (20mA). Esto garantiza que los clientes reciban displays con niveles de brillo consistentes. Aunque no se detalla explícitamente en esta hoja de datos breve, es común que estos displays también se clasifiquen por voltaje directo (V_F) para asegurar consistencia eléctrica, y potencialmente por longitud de onda dominante (λ_d) para mantener la consistencia del color, aunque el ancho medio estrecho sugiere una buena pureza de color intrínseca.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a "Curvas Típicas de Características Eléctricas/Ópticas" en la página 5. Aunque los gráficos específicos no se proporcionan en el texto, podemos inferir su contenido estándar y significado basándonos en los parámetros listados.

Las curvas típicas para tal dispositivo incluirían:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V):Este gráfico muestra la relación no lineal entre la corriente que fluye a través del LED y el voltaje a través de él. Es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente. La curva mostrará un voltaje de encendido (alrededor de 2V) después del cual la corriente aumenta rápidamente con un pequeño aumento en el voltaje.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Curva I-L):Este gráfico demuestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente de manejo. Generalmente es lineal en un rango pero se saturará a corrientes muy altas debido a efectos térmicos y de caída de eficiencia. La curva valida el punto de prueba de 20mA para la especificación de intensidad.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva muestra la reducción de la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de unión del LED. Los LEDs AlInGaP son conocidos por tener una eficiencia dependiente de la temperatura, con la salida típicamente disminuyendo a medida que la temperatura aumenta. Esto informa el diseño para la gestión térmica.
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa versus longitud de onda, mostrando el pico en ~611 nm y el ancho medio de ~17 nm, confirmando la emisión monocromática naranja amarilla.

5. Información Mecánica y del Empaquetado

5.1 Dimensiones del Empaquetado

El dispositivo viene en un paquete estándar de display LED. El dibujo dimensional proporciona medidas críticas para el diseño de la huella en la PCB (Placa de Circuito Impreso) y la integración mecánica. Notas clave del dibujo incluyen:

• Todas las dimensiones lineales se especifican en milímetros (mm).
• La tolerancia por defecto para las dimensiones es de ±0.25 mm a menos que una nota específica indique lo contrario.
• Se da una tolerancia específica para el desplazamiento de la punta del pin de ±0.4 mm, lo cual es importante para asegurar que los pines se alineen correctamente con los agujeros de la PCB durante la inserción automatizada.

5.2 Conexión de Pines y Circuito Interno

El dispositivo tiene 18 pines en una configuración de paquete de doble línea. El diagrama de circuito interno y la tabla de conexión de pines son cruciales para la interfaz eléctrica correcta.

• Tipo de Circuito:Ánodo Común. Esto significa que los terminales del ánodo de todos los segmentos LED para cada dígito están conectados internamente. Para iluminar un segmento, su pin de cátodo correspondiente debe ser llevado a bajo (conectado a tierra o a un sumidero de corriente) mientras que el ánodo común para ese dígito es llevado a alto (conectado al suministro positivo a través de una resistencia limitadora de corriente).
• Configuración de Pines (Pinout):La tabla detallada asigna cada número de pin a su función: cátodo para segmentos específicos (A-G, DP) del dígito 1 o dígito 2, o el ánodo común para cada dígito. Por ejemplo, el Pin 1 es el cátodo para el segmento 'E' del Dígito 1, y el Pin 14 es el ánodo común para el Dígito 1. Este mapeo preciso es esencial para crear la secuencia de manejo correcta en el software del microcontrolador o del IC controlador.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

El manejo adecuado durante el ensamblaje es crítico para la confiabilidad. La hoja de datos proporciona parámetros de soldadura específicos.

• Soldadura por Ola:La condición recomendada es 260°C por un máximo de 3 segundos. La nota "1/16 de pulgada por debajo del plano de asiento" probablemente se refiere a la profundidad a la que los pines deben sumergirse en la ola de soldadura.
• Condición Crítica:La advertencia más importante es que "la temperatura de la unidad (durante el ensamblaje) [no debe] exceder la clasificación de temperatura máxima." Esto significa que la temperatura del cuerpo del paquete del display LED en sí nunca debe exceder la temperatura máxima de almacenamiento de 105°C durante todo el proceso de soldadura, incluidas las fases de precalentamiento y postcalentamiento. No cumplir con esto puede causar deslaminación interna, agrietamiento de la lente o degradación de los chips LED.
• Manejo General:Deben observarse las precauciones estándar contra ESD (Descarga Electroestática), ya que los chips LED son sensibles a la electricidad estática.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El LTD-5721AKF es adecuado para una amplia gama de aplicaciones industriales, comerciales y de instrumentación donde se requiere un display numérico compacto, brillante y confiable. Ejemplos incluyen:

• Equipos de Prueba y Medición:Multímetros digitales, contadores de frecuencia, fuentes de alimentación, lecturas de sensores.
• Controles Industriales:Medidores de panel para temperatura, presión, velocidad o contadores en maquinaria.
• Electrodomésticos de Consumo:Electrodomésticos de cocina avanzados, sintonizadores de equipos de audio, relojes digitales o temporizadores de modelos antiguos.
• Mercado de Accesorios Automotrices:Calibradores y módulos de display (aunque las especificaciones ambientales deben verificarse para requisitos automotrices específicos).

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Los LEDs son dispositivos controlados por corriente. Se debe usar una resistencia limitadora de corriente en serie para cada conexión de ánodo común (o por segmento en diseños de controlador de corriente constante más avanzados) para establecer la corriente de operación a 20 mA o menos, según las directrices de reducción. El valor de la resistencia se calcula usando R = (V_suministro- V_F- V_{saturación_controlador}) / I_F.
• Multiplexación:Para un display de dos dígitos, la multiplexación es la técnica de manejo estándar. Los dígitos se iluminan uno a la vez en sucesión rápida (por ejemplo, a una frecuencia >100 Hz). Esto requiere controlar los pines de ánodo común (dígitos) y los pines de cátodo (segmentos) secuencialmente. Este método reduce el número de pines de controlador requeridos y el consumo total de energía.
• Ángulo de Visión:La hoja de datos afirma un "ángulo de visión amplio", lo cual es típico para displays LED con una lente o cara difusora. Esto debe considerarse para la colocación mecánica del display en el producto final.
• Gestión Térmica:Aunque el dispositivo puede operar hasta 105°C, la eficiencia luminosa disminuye con la temperatura. Para un brillo y longevidad óptimos, es aconsejable proporcionar ventilación adecuada o disipación de calor en el diseño, especialmente si se opera cerca de la corriente máxima o en altas temperaturas ambientales.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Los factores clave de diferenciación del LTD-5721AKF en comparación con otros displays LED numéricos, particularmente tecnologías más antiguas, incluyen:

• Tecnología AlInGaP vs. GaAsP o GaP Tradicional:Los LEDs AlInGaP ofrecen una eficiencia luminosa y brillo significativamente mayores para colores rojo, naranja y amarillo en comparación con materiales semiconductores más antiguos. Esto resulta en mejor visibilidad y/o menor consumo de energía para el mismo brillo percibido.
• Cara Gris/Segmentos Blancos:La combinación de colores específica de la cara y los segmentos está diseñada para alto contraste. Una cara gris absorbe más luz ambiental que una cara negra, reduciendo los reflejos, mientras que las áreas de segmentos blancos ayudan a difundir la luz naranja amarilla emitida de manera uniforme, mejorando la apariencia de los caracteres.
• Paquete Libre de Plomo (Cumplimiento RoHS):El dispositivo está construido para cumplir con la directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS), lo que lo hace adecuado para productos vendidos en mercados con estrictas regulaciones ambientales. Este es un diferenciador crítico de cumplimiento.
• Confiabilidad de Estado Sólido:Como todos los LEDs, ofrece ventajas sobre displays mecánicos (como discos giratorios) o displays fluorescentes de vacío (VFD) en términos de resistencia a golpes/vibraciones, capacidad de encendido instantáneo y larga vida operativa.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Cuál es el propósito de la "Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa" de 2:1?

R1: Esta relación asegura consistencia visual. Garantiza que dentro de una sola unidad de display, ningún segmento será más del doble de brillante que cualquier otro segmento cuando se maneje bajo condiciones eléctricas idénticas. Esto evita que los números se vean desiguales o "irregulares".

P2: ¿Puedo manejar este display con una fuente de alimentación de 5V?

R2: Sí, una fuente de 5V es muy común. Sin embargo, debe usar una resistencia limitadora de corriente en serie con cada ánodo común. Usando el V_Ftípico de 2.6V y un I_Fobjetivo de 20 mA, el valor de la resistencia sería aproximadamente (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ohmios. Una resistencia estándar de 120Ω o 150Ω sería adecuada, ajustando según el V_Freal y el brillo deseado.

P3: ¿Qué significa "Ánodo Común" para mi diseño de circuito?

R3: En una configuración de ánodo común, usted suministra voltaje positivo al pin común del dígito que desea activar. Luego, deriva corriente a tierra a través de los pines de cátodo de los segmentos que desea iluminar en ese dígito. Su circuito de manejo (microcontrolador o IC controlador) debe configurarse para suministrar corriente para los ánodos y derivar corriente para los cátodos.

P4: ¿Por qué la Longitud de Onda Pico (611nm) es diferente de la Longitud de Onda Dominante (605nm)?

R4: Esto es normal para los LEDs. La longitud de onda pico es el punto literal más alto en la curva del espectro de emisión. La longitud de onda dominante se calcula a partir de todo el espectro y la respuesta de color del ojo humano; es la longitud de onda única de luz pura que parecería tener el mismo color. La diferencia explica la forma y asimetría del espectro de emisión real del LED.

10. Caso de Estudio de Diseño y Uso

Escenario: Diseño de una Lectura Simple de Voltímetro Digital.

Un diseñador está creando un voltímetro DC de 0-20V. El convertidor analógico-digital (ADC) genera un valor decimal codificado en binario (BCD). Estos datos BCD necesitan convertirse a formato de 7 segmentos y mostrarse en dos dígitos (por ejemplo, 19.99V).

Implementación:

1. Se utiliza un microcontrolador con suficientes pines de E/S (o un IC decodificador/controlador BCD a 7 segmentos dedicado).

2. Los pines de E/S del microcontrolador se conectan a los cátodos de segmento (A-G, DP) del LTD-5721AKF.

3. Dos pines adicionales del microcontrolador se conectan a los dos ánodos comunes (Dígito 1 y Dígito 2).

4. En el software, se escribe una rutina de multiplexación. Primero calcula qué segmentos iluminar para el Dígito 1 (lugar de las decenas), habilita (pone en alto) el pin de ánodo del Dígito 1 y pone en bajo los pines de cátodo de segmento correspondientes. Después de un breve retraso (por ejemplo, 5ms), deshabilita el Dígito 1, calcula los segmentos para el Dígito 2 (lugar de las unidades), habilita el ánodo del Dígito 2 y pone en bajo sus pines de segmento. Este ciclo se repite rápidamente.

5. Se colocan resistencias limitadoras de corriente (por ejemplo, 150Ω) en las líneas de ánodo común entre los pines del microcontrolador y el display. El valor se elige en función del voltaje de suministro (por ejemplo, 5V) y la corriente de segmento deseada (~20mA).

6. El diseño de cara gris/segmentos blancos asegura que el voltaje mostrado sea fácilmente legible bajo las condiciones de iluminación brillante de un banco de trabajo.

11. Introducción al Principio Tecnológico

El componente emisor de luz principal es un chip LED AlInGaP. AlInGaP es un semiconductor compuesto III-V. Al controlar con precisión las proporciones de Aluminio (Al), Indio (In), Galio (Ga) y Fósforo (P) durante el proceso de crecimiento del cristal (típicamente mediante Deposición Química de Vapor Metal-Orgánico - MOCVD), los ingenieros pueden ajustar el bandgap del material. La energía del bandgap determina directamente la longitud de onda (color) de los fotones emitidos cuando los electrones se recombinan con huecos a través de la unión.

En el LTD-5721AKF, la composición se ajusta para emisión en la región naranja amarilla (~605-611 nm). Los chips se fabrican sobre un sustrato no transparente de Arseniuro de Galio (GaAs). La "cara gris" del display es parte del moldeado del paquete plástico, que incluye un difusor para esparcir la luz del pequeño chip a través del área de segmento más grande de manera uniforme. El circuito interno utiliza unión por alambres para conectar los ánodos y cátodos de los múltiples chips LED (uno por segmento por dígito) a los pines apropiados del paquete, formando la matriz de ánodo común descrita en la configuración de pines.

12. Tendencias Tecnológicas

Si bien los displays LED numéricos discretos como el LTD-5721AKF siguen siendo relevantes para aplicaciones específicas, las tendencias más amplias en tecnología de displays han cambiado. Para nuevos diseños, los diseñadores a menudo consideran:

• Displays LED de Matriz de Puntos Integrados:Ofrecen capacidad alfanumérica y simbólica más allá de solo números, proporcionando mayor flexibilidad en una huella similar.
• Displays OLED (LED Orgánico):Ofrecen contraste superior, ángulos de visión más amplios y factores de forma más delgados, aunque históricamente con perfiles de vida útil y costo diferentes para uso industrial.
• Módulos TFT-LCD:Proporcionan capacidad gráfica completa, color y la capacidad de mostrar información compleja, aunque requieren electrónica de manejo más compleja y una luz de fondo.
• Tendencias dentro de los Displays LED:Mejora continua en la eficiencia (lúmenes por vatio) para todos los colores LED, el desarrollo de paquetes aún más robustos y resistentes a la temperatura, y la integración de la electrónica de manejo directamente en el módulo de display para simplificar el diseño del sistema.

El valor duradero de dispositivos como el LTD-5721AKF radica en su simplicidad, robustez, alto brillo, bajo costo para aplicaciones exclusivamente numéricas y facilidad de interfaz con microcontroladores, asegurando su lugar en el ecosistema de la electrónica para funciones de lectura dedicadas.