Hoja de Datos del Display LED LTS-3861JF - Altura de Dígito 0.3 Pulgadas (7.62mm) - AlInGaP Ámbar Naranja - Voltaje Directo 2.6V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-3861JF es un módulo de visualización LED de un solo dígito, con 7 segmentos más un punto decimal a la derecha. Su función principal es proporcionar una salida clara y altamente visible de caracteres numéricos y alfanuméricos limitados en dispositivos electrónicos. La tecnología central utiliza material semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP) para los chips LED, conocido por producir luz de alta eficiencia en la región amarillo-naranja del espectro. El dispositivo presenta una cara gris con segmentos blancos, lo que mejora el contraste y la legibilidad. Está diseñado con una configuración de ánodo común, simplificando el circuito de excitación en muchas aplicaciones basadas en microcontroladores.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas clave de esta pantalla derivan de su construcción y diseño en AlInGaP. Ofrece un alto brillo y un excelente contraste, lo que la hace adecuada para aplicaciones donde la visibilidad bajo diversas condiciones de iluminación es crítica. Su amplio ángulo de visión garantiza que la pantalla permanezca legible desde posiciones fuera del eje. Su bajo consumo de energía y fiabilidad de estado sólido la hacen ideal para un uso prolongado en electrónica de consumo e industrial. Los mercados objetivo principales incluyen paneles de instrumentación, equipos de punto de venta, electrodomésticos, unidades de control industrial y dispositivos de comunicación donde se necesita una visualización numérica simple y fiable.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de las características eléctricas y ópticas especificadas en la hoja de datos.

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

La intensidad luminosa está categorizada, con un valor típico de 600 microcandelas (ucd) a una corriente directa de 1mA. Este parámetro se mide utilizando un sensor filtrado para coincidir con la curva de respuesta fotópica del ojo CIE, asegurando que el valor se correlacione con la percepción humana del brillo. La longitud de onda dominante es de 605 nanómetros (nm), situando la salida firmemente en el rango de color amarillo-naranja. La anchura media espectral es de 17 nm, lo que indica un color relativamente puro y saturado con una dispersión espectral mínima. La relación de coincidencia de intensidad luminosa entre segmentos se especifica en 2:1, asegurando una apariencia uniforme en todo el dígito.

2.2 Parámetros Eléctricos

El voltaje directo por chip LED es típicamente de 2.60 Voltios a 20mA. Los diseñadores deben tener en cuenta el rango del voltaje directo (2.05V a 2.60V) al diseñar el circuito limitador de corriente para garantizar un brillo uniforme entre lotes de producción. La corriente inversa se especifica con un máximo de 100 microamperios a 5V de polarización inversa. Es de vital importancia señalar que esta condición de voltaje inverso es solo para fines de prueba; el dispositivo no está diseñado para funcionar continuamente bajo polarización inversa. Las especificaciones absolutas máximas definen los límites operativos: disipación de potencia de 70mW por segmento, una corriente directa pico de 90mA en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, pulso de 0.1ms), y una corriente directa continua de 25mA a 25°C, reduciéndose linealmente 0.33 mA/°C por encima de esa temperatura.

2.3 Especificaciones Térmicas y Ambientales

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 permite su despliegue en entornos sujetos a variaciones significativas de temperatura. La especificación de temperatura de soldadura es crucial para el ensamblaje: la temperatura del cuerpo del componente no debe exceder su calificación máxima durante la soldadura, con una pauta de 260°C durante 5 segundos para las patillas a 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.6mm) por debajo del plano de asiento.

3. Sistema de Clasificación y Categorización

La hoja de datos indica que los dispositivos se categorizan por intensidad luminosa. Esto significa que las unidades se prueban y clasifican en diferentes lotes según su salida de luz medida a una corriente de prueba estándar (típicamente 1mA o 20mA). Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con un brillo consistente para una aplicación dada. Aunque los códigos de lote específicos no se detallan en este extracto, la especificación de relación de coincidencia de intensidad 2:1 asegura que los segmentos dentro de un solo dispositivo tendrán un brillo razonablemente uniforme. Los diseñadores deben consultar al fabricante para obtener información detallada de clasificación si se requiere una uniformidad de brillo estricta en múltiples displays.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

En la hoja de datos se hacen referencia a curvas de rendimiento típicas. Estos gráficos son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo más allá de las especificaciones de un solo punto a 25°C. Normalmente incluyen:

• Curva IV (Corriente vs. Voltaje):Muestra la relación entre el voltaje directo y la corriente directa. Esta curva no es lineal y es crucial para diseñar la resistencia limitadora de corriente o el driver de corriente constante correctos.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa:Ilustra cómo aumenta la salida de luz con la corriente. Ayuda a determinar la corriente de excitación óptima para un nivel de brillo deseado, considerando la disipación de potencia y la vida útil.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Demuestra cómo disminuye la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esto es crítico para aplicaciones que operan a altas temperaturas ambientales o con altas corrientes de excitación.
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa frente a longitud de onda, que muestra el pico en 611nm y la anchura espectral.

Estas curvas permiten a los ingenieros predecir el rendimiento en condiciones reales, no ideales.

5. Información Mecánica y del Paquete

La pantalla tiene una altura de dígito de 0.3 pulgadas (7.62 mm). El dibujo de dimensiones del paquete proporciona datos mecánicos críticos para el diseño de la huella en PCB y el ajuste de la carcasa. Se indican tolerancias clave: ±0.25mm para la mayoría de las dimensiones y una tolerancia de desplazamiento de la punta del pin de ±0.4 mm. El diámetro de orificio de PCB recomendado para los pines es de 1.40 mm. La hoja de datos también incluye notas de control de calidad sobre niveles aceptables de material extraño, burbujas en el segmento, curvatura del reflector y contaminación de la tinta superficial.

5.1 Pinout y Diagrama de Circuito

El dispositivo tiene una configuración de 10 pines en una sola fila. El diagrama de circuito interno muestra un diseño de ánodo común, donde los ánodos de todos los LED para un dígito dado están conectados entre sí. La tabla de conexión de pines es esencial para un cableado correcto:
Pin 1: Ánodo Común
Pin 2: Cátodo F (segmento)
Pin 3: Cátodo G (segmento)
Pin 4: Cátodo E (segmento)
Pin 5: Cátodo D (segmento)
Pin 6: Ánodo Común (conectado internamente al Pin 1)
Pin 7: Cátodo D.P. (Punto Decimal)
Pin 8: Cátodo C (segmento)
Pin 9: Cátodo B (segmento)
Pin 10: Cátodo A (segmento)
Los dos pines de ánodo (1 y 6) ayudan en la distribución de corriente y pueden unirse en el PCB.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Soldadura por Reflujo y Manual

Para procesos de soldadura automatizados, la condición especificada es de 260°C durante 5 segundos, medida a 1.6mm por debajo del plano de asiento. Para soldadura manual, se permite una temperatura del soldador más alta de 350°C ±30°C, pero el tiempo de contacto debe limitarse a un máximo de 5 segundos. Exceder estos perfiles tiempo-temperatura puede dañar la resina epoxi interna, los chips LED o las conexiones de alambre.

6.2 Almacenamiento y Manipulación

Aunque no se detalla explícitamente en el extracto, las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) se aplican a los dispositivos LED. Deben almacenarse en embalaje antiestático en un entorno controlado dentro del rango de temperatura de almacenamiento especificado (-35°C a +85°C) para prevenir la absorción de humedad y otras degradaciones.

7. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Al ser una pantalla de ánodo común, los ánodos se conectan típicamente a un voltaje de alimentación positivo (Vcc) a través de una resistencia limitadora de corriente o, preferiblemente, son excitados por una fuente de corriente constante o un pin de microcontrolador configurado como fuente de corriente (si está dentro de sus capacidades). Los pines del cátodo se conectan a tierra (hundir corriente) para encender un segmento. Esto es lo opuesto a una pantalla de cátodo común. La multiplexación de varios dígitos es una técnica común para ahorrar pines de E/S, donde los ánodos se conmutan rápidamente mientras se presentan los patrones de cátodo correspondientes.

7.2 Advertencias Críticas de Diseño

La sección de "Precauciones" destaca varios puntos vitales:
1. La Limitación de Corriente es Obligatoria:Los LED son dispositivos excitados por corriente. Siempre se requiere una resistencia en serie o un circuito activo de corriente constante para prevenir la fuga térmica y la destrucción.
2. Considere la Variación del Voltaje Directo:El circuito debe diseñarse para proporcionar la corriente de excitación deseada en todo el rango de VF (2.05V-2.60V).
3. Evite la Polarización Inversa:El circuito de excitación debe incorporar protección (como un diodo en paralelo) para evitar picos de voltaje inverso durante los ciclos de encendido.
4. Gestión Térmica:La corriente de excitación debe reducirse para altas temperaturas ambientales. El exceso de corriente o una alta temperatura de operación conduce a una degradación acelerada de la salida de luz y a un fallo prematuro.
5. Ámbito de Aplicación:El dispositivo está destinado a equipos electrónicos estándar. Para aplicaciones críticas para la seguridad (aviación, médicas, etc.), son necesarias consulta y calificación específicas.

8. Fiabilidad y Pruebas

El dispositivo se somete a una serie completa de pruebas de fiabilidad basadas en estándares militares (MIL-STD), japoneses (JIS) e internos. Estas incluyen:
- Prueba de Vida Operativa (RTOL):1000 horas a la corriente máxima nominal.
- Pruebas de Estrés Ambiental:Almacenamiento a Alta Temperatura/Humedad, Almacenamiento a Alta/Baja Temperatura, Ciclado de Temperatura y Choque Térmico.
- Pruebas de Robustez del Proceso:Pruebas de Resistencia a la Soldadura y Soldabilidad.
Estas pruebas validan la capacidad del dispositivo para soportar los rigores de la fabricación, el almacenamiento y la operación a largo plazo.

9. Comparación y Diferenciación

La diferenciación principal del LTS-3861JF radica en su uso de la tecnología AlInGaP para la emisión amarillo-naranja. En comparación con tecnologías más antiguas como GaAsP, AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor y una mejor estabilidad térmica, lo que resulta en una salida más brillante y consistente. El diseño de cara gris/segmento blanco proporciona un contraste superior en comparación con los paquetes totalmente difusos. Su tamaño de dígito de 0.3 pulgadas apunta a un nicho específico entre las pantallas más pequeñas y menos legibles y las más grandes y de mayor potencia.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es la diferencia entre ánodo común y cátodo común?
R: En una pantalla de ánodo común, todos los ánodos de los LED están conectados juntos a Vcc, y los segmentos se encienden hundiendo corriente (poniendo el cátodo a nivel bajo). En cátodo común, todos los cátodos están conectados a tierra, y los segmentos se encienden suministrando corriente (poniendo el ánodo a nivel alto). El circuito de excitación debe coincidir con el tipo.

P: ¿Cómo calculo el valor de la resistencia limitadora de corriente?
R: Usa la Ley de Ohm: R = (V_alimentación - VF_LED) / I_deseada. Usa el VF máximo de la hoja de datos (2.60V) para asegurar suficiente corriente en el extremo inferior del rango de VF. Para una alimentación de 5V y una corriente deseada de 20mA: R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ohmios. Siempre verifica la potencia nominal de la resistencia: P = I^2 * R.

P: ¿Puedo excitar esta pantalla directamente desde un pin de un microcontrolador?
R: Depende de la capacidad de suministro/hundimiento de corriente del pin del MCU. Muchos MCU pueden hundir más corriente de la que pueden suministrar. Para una pantalla de ánodo común (hundir corriente), es posible excitarla directamente si la corriente del segmento (ej. 10-20mA) está dentro de la especificación de corriente de hundimiento por pin del MCU y el límite total del encapsulado. A menudo se utiliza un CI driver (ej. registro de desplazamiento 74HC595 con driver de hundimiento TPIC6B595, o un driver LED dedicado) para multiplexar y proporcionar mayor corriente.

11. Ejemplo de Aplicación Práctica

Escenario: Diseñar una pantalla de temporizador digital simple.
Se utilizan cuatro dígitos LTS-3861JF para mostrar minutos y segundos (MM:SS). Se elige un microcontrolador con un número limitado de pines de E/S.Implementación:Usar multiplexación. Conectar todos los cátodos de segmento correspondientes (A, B, C, D, E, F, G, DP) de los cuatro dígitos entre sí. Estas ocho líneas se conectan a ocho pines del microcontrolador configurados como salidas (para hundir corriente). El pin de ánodo común de cada dígito se conecta a un pin separado del microcontrolador a través de un pequeño transistor NPN (ej. 2N3904) que pueda manejar la corriente total del dígito (hasta 8 segmentos * 20mA = 160mA). El microcontrolador cicla rápidamente encendiendo un transistor (habilitando un dígito) mientras envía el patrón de segmentos para ese dígito en las líneas de cátodo. Una frecuencia de refresco >100Hz evita el parpadeo visible. Las resistencias limitadoras de corriente se colocan en las líneas de cátodo o en las rutas del ánodo.

12. Principio Tecnológico

AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) es un semiconductor compuesto III-V. Cuando se polariza en directa, los electrones y los huecos se recombinan en la región activa, liberando energía en forma de fotones. La proporción específica de Al, In, Ga y P en la red cristalina determina la energía del bandgap, que define directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida. Para la luz amarillo-naranja (~605nm), se utiliza una composición específica. El AlInGaP se cultiva sobre un sustrato de GaAs. Es conocido por su alta eficiencia cuántica interna y buen rendimiento a temperaturas elevadas en comparación con otros sistemas de materiales para colores rojo-amarillo.

13. Tendencias de la Industria

La tendencia en los displays LED discretos es hacia una mayor eficiencia, una gama de colores más amplia y la integración con la tecnología de montaje superficial (SMT). Si bien el AlInGaP sigue siendo dominante para el ámbar y el rojo de alto rendimiento, los dispositivos basados en AllnGaN están avanzando aún más en el espectro verde y amarillo. También hay un cambio general en la industria hacia módulos LED de vista directa y paso más fino para pantallas grandes, reduciendo la demanda de dígitos segmentados discretos en algunas aplicaciones. Sin embargo, para visualizaciones numéricas simples, de bajo costo y alta fiabilidad en dispositivos industriales y de consumo, los displays LED segmentados como el LTS-3861JF siguen siendo una solución robusta y práctica debido a su simplicidad, durabilidad y facilidad de interfaz.