Hoja de Datos del Display LED LTD-322JR - Altura de Dígito 0.3 Pulgadas - Voltaje Directo 2.6V - Color Rojo Súper - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTD-322JR es un módulo de display LED de siete segmentos y un solo dígito, diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y brillantes. Su función principal es representar visualmente caracteres numéricos (0-9) y algunos símbolos alfanuméricos limitados mediante la iluminación selectiva de sus segmentos LED individuales. El dispositivo está construido con material semiconductor AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio), que se cultiva sobre un sustrato de GaAs (Arseniuro de Galio) no transparente. Esta tecnología de material se elige específicamente por su eficiencia en la producción de luz roja de alto brillo. El display presenta una cara negra, que mejora significativamente el contraste al absorber la luz ambiental, y segmentos blancos que se iluminan en un vibrante color rojo súper cuando se energizan. La altura física del dígito es de 0.3 pulgadas (7.62 mm), lo que lo hace adecuado para paneles de tamaño mediano donde la legibilidad a una distancia moderada es importante.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas clave de este display derivan de su tecnología LED AlInGaP y su diseño. Ofrece alta intensidad luminosa, excelente apariencia de los caracteres con segmentos uniformes y continuos, y un amplio ángulo de visión, asegurando la legibilidad desde varias posiciones. Opera con bajos requisitos de potencia, contribuyendo a la eficiencia energética en la aplicación final. La construcción de estado sólido proporciona una fiabilidad inherente y una larga vida operativa sin partes móviles. Esta combinación de características hace que el LTD-322JR sea ideal para mercados objetivo que incluyen instrumentación industrial (por ejemplo, medidores de panel, controladores de procesos), electrodomésticos (por ejemplo, hornos microondas, temporizadores de lavadoras), equipos de prueba y medición, y cualquier sistema embebido que requiera una interfaz de display numérico duradera, brillante y clara.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de las especificaciones del dispositivo según se definen en la hoja de datos.

2.1 Especificaciones Máximas Absolutas

Estas especificaciones definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se garantiza la operación en o bajo estos límites.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la potencia máxima que puede disiparse de forma segura como calor por un solo segmento iluminado bajo operación continua en DC.
• Corriente Directa Pico por Segmento:90 mA. Esta corriente solo es permisible bajo condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1 ms. Permite breves períodos de sobreexcitación para lograr un brillo instantáneo más alto, como en displays multiplexados.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta es la corriente máxima recomendada para la operación en estado estable (DC) de un solo segmento a temperatura ambiente. La especificación se reduce linealmente en 0.33 mA/°C a medida que la temperatura ambiente (Ta) aumenta por encima de 25°C, lo que significa que la corriente continua permitida disminuye para evitar el sobrecalentamiento.
• Voltaje Inverso por Segmento:5 V. Aplicar un voltaje de polarización inversa superior a este puede romper la unión PN del LED.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para funcionar y almacenarse dentro de este rango de temperatura ambiente.
• Temperatura de Soldadura:Máximo 260°C durante un máximo de 3 segundos, medido a 1.6 mm por debajo del plano de asiento. Este es un parámetro crítico para los procesos de soldadura por ola o reflujo para prevenir daños térmicos a los chips LED o al paquete.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):200 μcd (mín), 600 μcd (típ) a una corriente directa (I_F) de 1 mA. Esto cuantifica el brillo percibido de la salida de luz. El amplio rango indica un sistema de clasificación (binning) para la intensidad.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):639 nm (típ) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda a la cual la potencia espectral de salida es máxima, ubicándola en la región "rojo súper" o "rojo-naranja" del espectro visible.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):20 nm (típ). Esto mide el ancho de banda de la luz emitida, indicando un color rojo relativamente puro y monocromático.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):631 nm (típ). Esta es la longitud de onda percibida por el ojo humano, estrechamente relacionada con el punto de color.
• Voltaje Directo por Segmento (V_F):2.0 V (mín), 2.6 V (típ) a I_F=20mA. Esta es la caída de voltaje a través de un segmento LED cuando conduce la corriente especificada. Es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):100 μA (máx) a un voltaje inverso (V_R) de 5V. Esta es la pequeña corriente de fuga cuando el LED está polarizado inversamente.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):2:1 (máx). Esto especifica la relación máxima permitida entre el segmento más brillante y el más tenue dentro de un solo dígito, asegurando una apariencia uniforme.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica que el dispositivo está "clasificado por intensidad luminosa". Esto implica un proceso de clasificación o selección posterior a la fabricación.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Debido a las variaciones inherentes del proceso de fabricación de semiconductores, los chips LED individuales presentan ligeras diferencias en la eficiencia de emisión de luz. Para garantizar la consistencia para el usuario final, los LEDs se prueban y clasifican en diferentes lotes (bins) según su intensidad luminosa medida a una corriente de prueba estándar (por ejemplo, 1mA). El rango especificado de 200 a 600 μcd sugiere la existencia de múltiples lotes. Los diseñadores pueden seleccionar lotes apropiados para los requisitos de uniformidad de brillo de su aplicación. La relación de coincidencia de intensidad de 2:1 para los segmentos dentro de un mismo dispositivo es una tolerancia más estricta aplicada después de la clasificación.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Si bien el extracto de la hoja de datos proporcionado menciona "Curvas Típicas de Características Eléctricas / Ópticas", los gráficos específicos no están incluidos en el texto. Basándose en el comportamiento estándar de los LEDs, estas curvas típicamente ilustrarían las siguientes relaciones, que son críticas para el diseño de circuitos:

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

Este gráfico muestra la relación exponencial entre la corriente que fluye a través de un LED y el voltaje a través de él. El voltaje de "rodilla", alrededor del valor típico de 2.6V, es donde la corriente comienza a aumentar significativamente. Los controladores deben regular la corriente, no el voltaje, para una operación estable.

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

Esta curva demuestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente directa. Es generalmente lineal en un amplio rango pero se saturará a corrientes muy altas debido a efectos térmicos y a la caída de eficiencia.

4.3 Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente

La salida de luz del LED disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esta curva es esencial para aplicaciones que operan en un amplio rango de temperatura para comprender las necesidades de compensación de brillo.

4.4 Distribución Espectral

Una gráfica de intensidad relativa versus longitud de onda, que muestra el pico en ~639 nm y el ancho espectral de ~20 nm, confirmando la pureza del color.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El dispositivo tiene un paquete estándar de 10 pines en línea simple (SIL). Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros con una tolerancia general de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario. Las dimensiones clave incluyen la altura total, el ancho, la profundidad, el tamaño de la ventana del dígito y el espaciado entre pines (paso), que es crítico para el diseño de la PCB.

5.2 Conexión de Pines e Identificación de Polaridad

El LTD-322JR es un displaydúplex de cátodo común. Esto significa que contiene dos dígitos independientes (Dígito 1 y Dígito 2) dentro de un solo paquete, cada uno con su propio pin de cátodo común. La asignación de pines es la siguiente:

• Pin 1: Ánodo G (Segmento G)
• Pin 2: Sin Conexión
• Pin 3: Ánodo A (Segmento A)
• Pin 4: Ánodo F (Segmento F)
• Pin 5: Cátodo Común (Dígito 2)
• Pin 6: Ánodo D (Segmento D)
• Pin 7: Ánodo E (Segmento E)
• Pin 8: Ánodo C (Segmento C)
• Pin 9: Ánodo B (Segmento B)
• Pin 10: Cátodo Común (Dígito 1)

La configuración de "cátodo común" significa que todos los cátodos (terminales negativos) de los LEDs para un dígito dado están conectados internamente. Para iluminar un segmento, su pin de ánodo correspondiente debe ser activado a nivel alto (o conectado a una fuente de corriente a través de una resistencia), mientras que el cátodo común para ese dígito debe conectarse a tierra (nivel bajo). Esta configuración es muy común y simplifica la multiplexación.

5.3 Diagrama de Circuito Interno

El diagrama interno representa visualmente las conexiones eléctricas descritas anteriormente. Muestra dos conjuntos de siete LEDs (segmentos A-G), cada conjunto compartiendo una conexión de cátodo común para el Dígito 1 y el Dígito 2, respectivamente. El ánodo para cada segmento correspondiente (por ejemplo, Segmento A del Dígito 1 y Segmento A del Dígito 2) son pines separados, permitiendo un control independiente.

6. Guías de Soldadura y Montaje

El cumplimiento del perfil de soldadura especificado es crítico para prevenir daños.

6.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

La especificación máxima absoluta especifica una temperatura pico de 260°C durante una duración máxima de 3 segundos, medida a 1.6 mm por debajo del plano de asiento (típicamente la superficie de la PCB). Esto se alinea con los perfiles estándar de reflujo sin plomo (por ejemplo, IPC/JEDEC J-STD-020). Las tasas de precalentamiento, estabilización, reflujo y enfriamiento deben controlarse de acuerdo con las especificaciones de montaje de la PCB. Se debe evitar el choque térmico.

6.2 Manipulación y Almacenamiento

Los dispositivos deben almacenarse en sus bolsas originales con barrera de humedad y desecante en un ambiente controlado (dentro del rango de almacenamiento de -35°C a +85°C). Se deben observar las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante la manipulación para proteger las sensibles uniones LED.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El método de control más común es lamultiplexación. Dado que el display tiene dos dígitos con cátodos comunes separados, un microcontrolador puede alternar rápidamente entre iluminar el Dígito 1 y el Dígito 2. Para cada ciclo de dígito, establece el cátodo común apropiado a nivel bajo y aplica el patrón correcto de señales altas a los pines de ánodo de segmento (a través de resistencias limitadoras de corriente). La persistencia de la visión del ojo humano combina estos pulsos rápidos en un número estable de dos dígitos. Este método reduce drásticamente el número requerido de pines de E/S del microcontrolador en comparación con el control estático (DC).

7.2 Consideraciones de Diseño

• Resistencias Limitadoras de Corriente:Esenciales para cada línea de ánodo. El valor de la resistencia (R) se calcula usando la Ley de Ohm: R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Usando el V_Ftípico de 2.6V a 20mA y una alimentación de 5V, R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω. A menudo se usa un valor ligeramente mayor (por ejemplo, 150 Ω) para aumentar la longevidad y tener en cuenta las variaciones de V_{alimentación} variations.
• Frecuencia de Multiplexación:Debe ser lo suficientemente alta para evitar parpadeo visible, típicamente por encima de 60-100 Hz. El ciclo de trabajo para cada dígito en una multiplexación de 2 dígitos es 1/2, por lo que la corriente pico puede ser mayor que la especificación DC para mantener el brillo promedio (como lo permite la especificación de pico de 90mA).
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión es beneficioso, pero considere la dirección de visión principal durante el diseño de la carcasa mecánica.
• Mejora del Contraste:La cara negra proporciona contraste inherente. Asegúrese de que la ventana del display o la superposición no introduzcan reflejos o deslumbramientos que puedan reducir la legibilidad.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con tecnologías LED más antiguas como los LEDs rojos estándar de GaAsP (Fosfuro de Arseniuro de Galio), la tecnología AlInGaP utilizada en el LTD-322JR ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, lo que resulta en un mayor brillo para la misma corriente de control. También proporciona una mejor pureza de color y estabilidad con la temperatura y a lo largo de la vida útil. En comparación con alternativas contemporáneas, sus diferenciadores clave son la altura específica de dígito de 0.3 pulgadas en una configuración dúplex de cátodo común, el punto de color rojo súper (~639 nm) y la categorización por intensidad luminosa que ayuda a lograr displays uniformes cuando se usan múltiples unidades.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

9.1 ¿Puedo controlar este display con un microcontrolador de 3.3V?

Sí, pero se necesita un cálculo cuidadoso. Con un V_Fde 2.6V, el margen de voltaje (3.3V - 2.6V = 0.7V) es bajo. Usando la fórmula R = 0.7V / I_F, para una corriente de 10mA necesitaría una resistencia de 70 Ω. A 20mA, la resistencia requerida de 35 Ω deja casi ningún margen para la variación de V_{alimentación}o V_F, lo que podría atenuar el display. Es más confiable usar una alimentación de 5V para los segmentos LED, controlados a través de transistores o un CI controlador desde el microcontrolador de 3.3V.

9.2 ¿Cuál es la diferencia entre longitud de onda "pico" y "dominante"?

Longitud de Onda Pico (λ_p):La longitud de onda única donde la potencia óptica de salida es físicamente la más alta.Longitud de Onda Dominante (λ_d):La longitud de onda de la luz monocromática que parecería tener el mismo color que la salida del LED para un observador humano estándar. Se calcula a partir del espectro completo del LED y las funciones de igualación de color CIE. Para un LED de espectro estrecho como este, a menudo tienen valores cercanos.

9.3 ¿Cómo logro un brillo uniforme al multiplexar?

Asegúrese de que la rutina de multiplexación tenga un tiempo de encendido igual para cada dígito. Dado que el brillo es proporcional a la corriente promedio, puede ajustar la corriente del segmento (a través de los valores de resistencia o configuraciones del controlador) para compensar el ciclo de trabajo. Para una multiplexación de 2 dígitos con un ciclo de trabajo de 1/2, podría controlar cada segmento a 40mA pico (dentro de la especificación de 90mA) para lograr un promedio de 20mA, igualando la condición de prueba DC para el brillo.

10. Caso de Estudio de Implementación

Escenario:Diseñando una lectura de temperatura simple de dos dígitos para un controlador de horno industrial. El microcontrolador tiene un número limitado de pines de E/S.
Implementación:El LTD-322JR es ideal. Su diseño dúplex de cátodo común requiere solo 8 pines de E/S para controlar (7 ánodos de segmento + 1 pin para alternar los dos cátodos comunes, usando un transistor si es necesario). El alto brillo y el amplio ángulo de visión aseguran que la temperatura sea legible en el piso de una fábrica. La tecnología AlInGaP asegura un rendimiento estable a las temperaturas ambientales elevadas cerca del horno. El diseñador selecciona LEDs del mismo lote de intensidad luminosa para garantizar que ambos dígitos aparezcan igualmente brillantes. Las resistencias limitadoras de corriente se calculan para una alimentación de 5V y una corriente pico multiplexada de 30mA por segmento, proporcionando un display brillante y sin parpadeo.

11. Introducción al Principio Tecnológico

AlInGaP es un semiconductor compuesto III-V. Cuando se polariza directamente, los electrones y los huecos se inyectan en la región activa donde se recombinan, liberando energía en forma de fotones (luz). La energía específica de la banda prohibida de la aleación AlInGaP determina la longitud de onda de la luz emitida, que en este caso está en la región roja (~639 nm). El uso de un sustrato de GaAs no transparente ayuda a contener la luz dentro de la estructura, dirigiendo más de ella hacia arriba a través de la parte superior del chip para una mayor eficiencia de extracción en comparación con los diseños antiguos de sustrato transparente. El paquete de epoxi negro absorbe la luz dispersa, mejorando el contraste.

12. Tendencias Tecnológicas

Si bien AlInGaP sigue siendo una tecnología dominante para LEDs rojos, naranjas y amarillos de alta eficiencia, la investigación en curso se centra en mejorar la eficiencia a corrientes de control más altas (reduciendo la "caída de eficiencia") y mejorar la fiabilidad. Para los displays, la tendencia es hacia densidades de píxeles más altas (dígitos/LEDs discretos más pequeños) y la integración de la electrónica de control directamente en el paquete ("displays inteligentes"). Sin embargo, para displays numéricos segmentados estándar como el LTD-322JR, la tecnología es madura, con énfasis en la reducción de costos, una clasificación más estricta para la uniformidad y una mejor gestión térmica para aplicaciones de alta fiabilidad.