Hoja de Datos del Display LED Amarillo LTD-323JS de 0.3 Pulgadas - Altura de Dígito 7.62mm - Voltaje Directo 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El dispositivo es un módulo de visualización con una altura de dígito de 0.3 pulgadas (7.62 mm). Está diseñado para proporcionar una salida numérica clara y de alta visibilidad en un factor de forma compacto. La tecnología central utiliza chips LED amarillos de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio). Estos chips se fabrican sobre un sustrato no transparente de GaAs (Arseniuro de Galio), lo que contribuye al contraste y rendimiento de la pantalla. El diseño visual presenta una cara negra con segmentos blancos, optimizando la legibilidad al mejorar el contraste entre las áreas iluminadas y no iluminadas.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

La pantalla ofrece varios beneficios clave que la hacen adecuada para una variedad de aplicaciones. Sus ventajas principales incluyen un bajo requerimiento de potencia, esencial para dispositivos alimentados por batería o de alta eficiencia energética. Proporciona un alto brillo y alto contraste, garantizando la legibilidad incluso en entornos bien iluminados. El amplio ángulo de visión permite leer la información mostrada desde varias posiciones. El dispositivo cuenta con la fiabilidad del estado sólido, lo que significa que no tiene partes móviles y, típicamente, una vida operativa más larga en comparación con otras tecnologías de visualización. Está categorizado por intensidad luminosa, lo que indica un rendimiento y control de calidad consistentes. Los segmentos uniformes y continuos contribuyen a una excelente apariencia de los caracteres. Esta combinación de características hace que la pantalla sea ideal para aplicaciones como paneles de instrumentación, equipos de prueba, electrónica de consumo, controles industriales y cualquier dispositivo que requiera una lectura numérica fiable, clara y eficiente.

2. Interpretación Profunda de los Parámetros Técnicos

2.1 Características Fotoeléctricas

El rendimiento fotométrico y colorimétrico se define bajo condiciones de prueba específicas. La intensidad luminosa promedio (Iv) se especifica con un mínimo de 320 µcd, un valor típico de 800 µcd, y sin máximo declarado, cuando se mide con una corriente directa (IF) de 1mA. Este parámetro indica el brillo percibido de los segmentos encendidos. La longitud de onda de emisión pico (λp) es de 588 nm, medida a IF=20mA, situando la salida firmemente en la región amarilla del espectro visible. El ancho medio espectral (Δλ) es de 15 nm (a IF=20mA), describiendo la pureza espectral o la estrechez de la banda de longitud de onda de la luz emitida; un valor más pequeño indica un color más monocromático. La longitud de onda dominante (λd) es de 587 nm (a IF=20mA), que es la longitud de onda única percibida por el ojo humano para igualar el color de la luz. La intensidad luminosa se mide utilizando una combinación de sensor y filtro que se aproxima a la curva de respuesta fotópica del ojo CIE, asegurando que la medición se correlacione con la visión humana.

2.2 Parámetros Eléctricos

Las especificaciones eléctricas definen los límites y condiciones de operación. El voltaje directo por segmento (VF) tiene un valor típico de 2.6V y un máximo de 2.6V cuando la corriente directa es de 20mA. Esta es la caída de voltaje a través de un segmento LED cuando conduce. La corriente inversa por segmento (IR) tiene un máximo de 100 µA cuando se aplica un voltaje inverso (VR) de 5V, indicando el nivel de fuga cuando el LED está polarizado inversamente. La relación de coincidencia de intensidad luminosa (IV-m) se especifica como 2:1 (a IF=1mA). Esta relación define la variación máxima permitida en el brillo entre diferentes segmentos del mismo dígito o entre dígitos, asegurando uniformidad visual.

2.3 Ratings Absolutos Máximos y Características Térmicas

Estos ratings especifican los límites más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. La disipación de potencia máxima por segmento es de 70 mW. La corriente directa pico por segmento es de 60 mA, pero esto solo es permisible bajo condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms). La corriente directa continua por segmento es de 25 mA a 25°C. Es importante destacar que esta corriente debe reducirse linealmente en 0.33 mA por cada grado Celsius por encima de 25°C. Por ejemplo, a 50°C, la corriente continua máxima sería 25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA. Esta reducción es crucial para una operación confiable a temperaturas elevadas. El voltaje inverso máximo por segmento es de 5 V. El rango de temperatura de operación y almacenamiento es de -35°C a +85°C. La temperatura máxima de soldadura es de 260°C durante un máximo de 3 segundos, medida a 1.6mm por debajo del plano de asiento del dispositivo.

3. Explicación del Sistema de Clasificación

La hoja de datos indica que el dispositivo está categorizado por intensidad luminosa. Esto implica un proceso de clasificación o "binning" donde las unidades se clasifican según su salida de luz medida en una corriente de prueba estándar (probablemente 1mA o 20mA). Esto asegura que los clientes reciban pantallas con niveles de brillo consistentes. Aunque los códigos o rangos de clasificación específicos no se detallan en este documento, dicho sistema típicamente implica agrupar dispositivos en categorías (por ejemplo, alto brillo, brillo estándar) para cumplir con diferentes requisitos de aplicación o garantizar un nivel mínimo de rendimiento. La relación de coincidencia de intensidad luminosa 2:1 es una especificación relacionada que controla la variación dentro de un solo dispositivo.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas típicas de características eléctricas/ópticas. Aunque las gráficas específicas no se proporcionan en el texto, las curvas estándar para tales dispositivos típicamente incluirían:Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V): Muestra la relación entre la corriente que fluye a través del LED y el voltaje a través de él. Es no lineal, con un voltaje característico de "rodilla" (alrededor del Vf típico de 2.6V) por encima del cual la corriente aumenta rápidamente con pequeños aumentos de voltaje.Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Curva L-I): Este gráfico muestra cómo la salida de luz aumenta al incrementar la corriente de excitación. Generalmente es lineal en un rango, pero puede saturarse a corrientes muy altas.Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente: Esta curva demuestra cómo la salida de luz disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente, destacando la importancia de la gestión térmica y la reducción de corriente.Distribución Espectral: Un gráfico de intensidad relativa versus longitud de onda, mostrando el pico a 588 nm y el ancho medio de 15 nm, confirmando la emisión de color amarillo.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dibujo Dimensional

Las dimensiones del paquete se proporcionan en un dibujo (referenciado pero no detallado en el texto). Todas las dimensiones se especifican en milímetros (mm). La tolerancia estándar para estas dimensiones es de ±0.25 mm (equivalente a ±0.01 pulgadas) a menos que una nota de característica específica indique lo contrario. Este dibujo es crítico para el diseño del PCB (Placa de Circuito Impreso), asegurando que la huella y los patrones de agujeros coincidan con el dispositivo físico.

5.2 Conexión de Pines e Identificación de Polaridad

El dispositivo tiene una configuración de 10 pines. Es una pantalla de dos dígitos (dúplex) de ánodo común. El pinout es el siguiente: Pin 1: Cátodo G; Pin 2: Sin Pin (probablemente un marcador de posición mecánico o no utilizado); Pin 3: Cátodo A; Pin 4: Cátodo F; Pin 5: Ánodo Común (Dígito 2); Pin 6: Cátodo D; Pin 7: Cátodo E; Pin 8: Cátodo C; Pin 9: Cátodo B; Pin 10: Ánodo Común (Dígito 1). La configuración de "ánodo común" significa que los ánodos de los LED para cada dígito están conectados internamente. Para iluminar un segmento, su pin cátodo correspondiente debe ponerse a nivel bajo (conectado a tierra o a un sumidero de corriente) mientras que el pin de ánodo común de su dígito se pone a nivel alto (conectado a la fuente positiva a través de una resistencia limitadora de corriente).

5.3 Diagrama de Circuito Interno

Se hace referencia a un diagrama de circuito interno. Para una pantalla de 7 segmentos de dos dígitos y ánodo común, este diagrama típicamente mostraría: Dos nodos de ánodo común, uno para cada dígito (pines 10 y 5). Siete líneas de cátodo (A, B, C, D, E, F, G), cada una conectada al segmento LED correspondiente en ambos dígitos. Cada segmento LED (por ejemplo, el segmento "A" del dígito 1 y el segmento "A" del dígito 2) comparte el mismo pin cátodo pero tiene su ánodo conectado al ánodo común de su respectivo dígito. Este arreglo de multiplexación reduce el número total de pines necesarios para controlar la pantalla.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

La especificación de montaje clave proporcionada es para el proceso de soldadura. El dispositivo puede soportar una temperatura máxima de soldadura de 260°C. Esta exposición debe limitarse a una duración máxima de 3 segundos. La temperatura se mide a 1.6mm por debajo del plano de asiento del componente en el PCB. Esta directriz es crítica para los procesos de soldadura por ola o de reflujo para prevenir daños térmicos en los chips LED o en el paquete plástico. Para soldadura manual, se debe utilizar un cautín controlado por temperatura con un tiempo de contacto mínimo. Se deben observar las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo y montaje para proteger las uniones semiconductoras.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Esta pantalla es muy adecuada para cualquier aplicación que requiera una indicación numérica clara y fiable. Ejemplos incluyen: Multímetros digitales y osciloscopios. Medidores de panel para voltaje, corriente o temperatura. Electrodomésticos como hornos microondas, relojes digitales o equipos de audio. Paneles de control y automatización industrial. Equipos de prueba y medición. Indicadores automotrices del mercado de accesorios (considerando el rango de temperatura de operación). Dispositivos portátiles alimentados por batería debido a su bajo requerimiento de potencia.

7.2 Consideraciones de Diseño e Implementación del Circuito

Al diseñar un circuito de excitación, varios factores son cruciales:Limitación de Corriente: Cada segmento debe tener una resistencia limitadora de corriente en serie. El valor de la resistencia se calcula en función del voltaje de alimentación (Vcc), el voltaje directo del LED (Vf, típ. 2.6V) y la corriente directa deseada (If). Por ejemplo, para excitar un segmento a 20mA con una fuente de 5V: R = (Vcc - Vf) / If = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 Ohmios.Multiplexación: Para pantallas de múltiples dígitos de ánodo común, se utiliza multiplexación. El microcontrolador activa secuencialmente el ánodo común de un dígito a la vez mientras envía el patrón de segmentos para ese dígito a las líneas de cátodo. La conmutación debe ser lo suficientemente rápida (típicamente >60Hz) para evitar parpadeo visible.Circuitos Integrados Excitadores (Driver ICs): El uso de CI excitadores de pantalla LED dedicados (por ejemplo, MAX7219, TM1637) simplifica el control, proporciona excitación de corriente constante y maneja la multiplexación internamente.Gestión Térmica: Adherirse a la curva de reducción de corriente por encima de 25°C. Asegurar una ventilación adecuada si la pantalla está en un espacio cerrado o cerca de otros componentes generadores de calor.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con otras tecnologías de visualización numérica, esta pantalla LED amarilla de AlInGaP ofrece ventajas distintivas:vs. LED Rojos GaAsP/GaP: La tecnología AlInGaP generalmente ofrece mayor eficiencia y brillo, y mejor estabilidad térmica que los materiales más antiguos de LED rojos. El color amarillo puede ofrecer mejor visibilidad o preferencia estética en algunas aplicaciones.vs. LCDs (Pantallas de Cristal Líquido): Los LED son emisivos (producen su propia luz), lo que los hace fácilmente visibles en condiciones de poca luz sin retroiluminación, mientras que los LCD reflectivos requieren luz ambiental. Los LED tienen un ángulo de visión mucho más amplio y un tiempo de respuesta más rápido. Sin embargo, los LCD típicamente consumen significativamente menos potencia para visualizaciones estáticas.vs. VFDs (Pantallas Fluorescentes de Vacío): Los LED son de estado sólido, más robustos, tienen una vida útil más larga y requieren electrónica de excitación más simple y de menor voltaje en comparación con los VFD, que necesitan un voltaje de ánodo relativamente alto. Los diferenciadores clave de este dispositivo específico son su altura de dígito de 0.3 pulgadas, material AlInGaP para emisión amarilla, configuración de ánodo común y su rendimiento especificado en brillo, contraste y ángulo de visión.

9. Preguntas Frecuentes Basadas en Parámetros Técnicos

P: ¿Cuál es el propósito del "pin sin conexión" en el pin 2?

R: Típicamente es un marcador de posición mecánico utilizado para alineación durante el proceso de fabricación o para asegurar que el paquete tenga un número simétrico de pines para estabilidad en el PCB. No está conectado eléctricamente.

P: ¿Cómo calculo la resistencia limitadora de corriente apropiada?

R: Usa la Ley de Ohm: R = (Voltaje de Alimentación - Voltaje Directo del LED) / Corriente Directa Deseada. Siempre usa el voltaje directo máximo de la hoja de datos (2.6V) en tu cálculo para asegurar que la corriente no exceda los límites seguros, especialmente a temperaturas más bajas.

P: ¿Puedo excitar esta pantalla con un microcontrolador de 3.3V?

R: Sí, pero el margen es pequeño. Con un Vf de 2.6V, solo quedan 0.7V para la resistencia limitadora. A 20mA, esto requiere una resistencia de solo 35 Ohmios. El brillo puede ser ligeramente menor. A menudo es mejor usar una corriente de excitación más baja (por ejemplo, 10-15mA) o usar un CI excitador que pueda proporcionar una fuente de voltaje más alta.

P: ¿Qué significa "categorizado por intensidad luminosa" para mi diseño?

R: Significa que las pantallas son probadas y clasificadas por brillo. Al comprar, puedes recibir unidades de un "lote" de brillo específico. Para una apariencia consistente en un producto, es importante especificar si necesitas un grado de brillo particular o abastecer todas las unidades para una producción del mismo lote del fabricante.

P: ¿Por qué es necesaria la reducción de corriente?

R: La eficiencia del LED disminuye a medida que aumenta la temperatura. Excitar un LED con la misma corriente a una temperatura de unión más alta produce más calor, no más luz, lo que potencialmente conduce a una fuga térmica y falla. Reducir la corriente disminuye la disipación de potencia y la generación de calor a altas temperaturas ambientales, asegurando fiabilidad a largo plazo.

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de una Lectura de Voltímetro de Dos Dígitos

Un diseñador está creando una simple pantalla de voltímetro DC de 0-99V. Selecciona esta pantalla por su claridad y tamaño. El sistema utiliza un microcontrolador con un ADC para medir el voltaje. Los pines de E/S del microcontrolador no pueden suministrar/absorber suficiente corriente para los LED. El diseñador elige un CI excitador de LED dedicado con salidas de corriente constante y soporte de multiplexación. El excitador se conecta a la pantalla: las salidas de segmento del excitador se conectan a los pines de cátodo de la pantalla (A-G), y los dos excitadores de dígito del excitador se conectan a los pines de ánodo común (10 y 5). El microcontrolador se comunica con el CI excitador a través de una interfaz serial (por ejemplo, SPI o I2C), enviando los valores de los dígitos. El CI excitador maneja la multiplexación, refrescando cada dígito a 500Hz para evitar parpadeo. La limitación de corriente se establece dentro del CI excitador a 15mA por segmento para equilibrar brillo y consumo de potencia, manteniéndose muy por debajo del rating continuo de 25mA a la temperatura de operación esperada. El diseño del PCB incluye la huella exacta del dibujo dimensional, con alivio térmico en las almohadillas para los pines de ánodo común que pueden llevar una corriente promedio más alta.

11. Introducción al Principio de Funcionamiento

El dispositivo opera bajo el principio de electroluminiscencia en materiales semiconductores. La estructura de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) forma una unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo que excede el potencial de barrera de la unión (el voltaje directo, Vf), los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía. En un semiconductor de banda prohibida directa como el AlInGaP, esta energía se libera principalmente en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación de AlInGaP determina la energía de la banda prohibida, que a su vez dicta la longitud de onda (color) de la luz emitida. Para este dispositivo, la composición está ajustada para producir fotones con una longitud de onda alrededor de 588 nm, que se percibe como luz amarilla. El sustrato no transparente de GaAs ayuda a absorber la luz dispersa, mejorando el contraste al prevenir reflexiones internas que podrían hacer que los segmentos apagados parezcan débilmente iluminados.

12. Tendencias de Desarrollo

La evolución de la tecnología de pantallas LED como esta sigue varias tendencias de la industria:Mayor Eficiencia: La investigación continua en ciencia de materiales apunta a mejorar la eficiencia cuántica interna (IQE) y la eficiencia de extracción de luz de AlInGaP y otros materiales LED, conduciendo a un mayor brillo a corrientes más bajas.Miniaturización: Existe un impulso constante por pasos de dígito/píxel más pequeños y paquetes de perfil más bajo, manteniendo o mejorando el rendimiento óptico.Fiabilidad y Vida Útil Mejoradas: Las mejoras en materiales de empaquetado, métodos de unión del chip y tecnología de fósforo (para LED blancos) continúan extendiendo la vida operativa y la estabilidad con la temperatura y el tiempo.Integración: Las tendencias incluyen integrar circuitos de excitación, limitadores de corriente o incluso microcontroladores directamente con el módulo de visualización, simplificando el proceso de diseño del usuario final.Gamas de Color Más Amplias y Nuevos Materiales: Si bien este dispositivo usa AlInGaP para el amarillo, la investigación en materiales como GaN (Nitruro de Galio) y sus aleaciones (InGaN, AlGaN) ha permitido LED azules, verdes y blancos altamente eficientes. La búsqueda de LED rojos y ámbar eficientes utilizando otros sistemas de materiales sigue activa. Para pantallas numéricas, la tendencia es hacia módulos más planos y versátiles que puedan integrarse fácilmente en diseños de productos modernos.