Hoja de Datos del Display LED de 7 Segmentos LTS-3361JG - Altura de Dígito 0.3 Pulgadas (7.62mm) - Voltaje Directo 2.6V - Verde (572nm) - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-3361JG es un módulo de visualización alfanumérico de un dígito y 7 segmentos que utiliza tecnología de semiconductores AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio). La función principal de este dispositivo es proporcionar una salida numérica y alfanumérica limitada de alta legibilidad en equipos electrónicos. Su aplicación principal se encuentra en instrumentación, electrónica de consumo, paneles de control industrial y cualquier dispositivo que requiera una lectura numérica clara y brillante.

El dispositivo se caracteriza por una altura de dígito de 0.3 pulgadas (7.62 mm), que ofrece un excelente equilibrio entre el tamaño de la pantalla y la compacidad. Presenta una cara gris con segmentos blancos, una combinación diseñada para proporcionar un alto contraste y una legibilidad óptima bajo diversas condiciones de iluminación. El uso del material AlInGaP cultivado sobre un sustrato de GaAs no transparente es clave para su rendimiento, permitiendo un alto brillo y eficiencia en el espectro de longitud de onda verde.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

El LTS-3361JG ofrece varias ventajas distintivas que definen su posición en el mercado:

• Alto Brillo y Contraste:Los chips AlInGaP producen una intensidad luminosa que va desde 200 hasta 800 µcd con una corriente de accionamiento baja de 1mA, garantizando la visibilidad incluso en entornos muy iluminados.
• Bajo Consumo de Energía:Diseñado para la eficiencia, requiere una potencia mínima, lo que lo hace adecuado para aplicaciones alimentadas por baterías o sensibles al consumo energético.
• Excelente Apariencia y Uniformidad del Carácter:Los segmentos son continuos y uniformes, proporcionando un dígito limpio y de aspecto profesional sin huecos o irregularidades.
• Amplio Ángulo de Visión:El diseño óptico permite una legibilidad clara desde un amplio rango de ángulos, mejorando la experiencia del usuario.
• Fiabilidad de Estado Sólido:Como dispositivo basado en LED, ofrece una larga vida operativa, resistencia a los golpes y una fiabilidad superior a tecnologías más antiguas como las pantallas basadas en filamentos.
• Intensidad Luminosa Categorizada:Los dispositivos se clasifican por intensidad, permitiendo a los diseñadores seleccionar componentes para obtener un brillo uniforme en múltiples unidades dentro de un producto.

El mercado objetivo incluye a los diseñadores de equipos de prueba y medición, cuadros de mando automotrices (pantallas secundarias), electrodomésticos, dispositivos médicos y sistemas de control industrial donde se requiere una pantalla numérica fiable, clara y eficiente.

2. Análisis Profundo de las Especificaciones Técnicas

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros técnicos clave especificados en la hoja de datos.

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

Estos parámetros definen la salida de luz y las propiedades de color de la pantalla.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):Varía desde 200 µcd (Mín.) hasta 800 µcd (Típ.) con una corriente directa (I_F) de 1mA. Este es el brillo percibido medido por un sensor filtrado para coincidir con la respuesta fotópica del ojo humano (curva CIE). El amplio rango indica un proceso de clasificación; los diseñadores deben tener en cuenta esta variación o especificar una clasificación más estricta para una apariencia uniforme.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):572 nm. Este es el color percibido de la luz, ubicándolo en la región verde del espectro. Es un parámetro clave para aplicaciones específicas de color.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):571 nm (Típ.). Esta es la longitud de onda en la que la distribución espectral de potencia es máxima, muy cercana a la longitud de onda dominante, lo que indica una salida verde espectralmente pura.
• Ancho de Media Línea Espectral (Δλ):15 nm (Típ.). Esto mide el ancho de banda espectral. Un valor de 15 nm es relativamente estrecho, confirmando una buena pureza de color para un LED verde.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):2:1 (Máx.). Esta es la relación máxima permitida entre el segmento más brillante y el más tenue dentro de un solo dispositivo. Una relación de 2:1 o menos garantiza una uniformidad aceptable en todo el dígito.

2.2 Características Eléctricas

Estos parámetros son críticos para el diseño del circuito y la gestión de potencia.

• Voltaje Directo por Segmento (V_F):2.6V (Máx.) con I_F=20mA. El valor típico es de alrededor de 2.05V. Esta caída de voltaje debe considerarse al diseñar el circuito limitador de corriente. El circuito de accionamiento debe suministrar al menos 2.6V para garantizar una iluminación adecuada del segmento a la corriente nominal.
• Corriente Directa Continua por Segmento (I_F):25 mA (Máx.) a 25°C. Esta es la corriente continua máxima que se puede aplicar de forma continua a un solo segmento sin riesgo de daño.
• Corriente Directa Pico por Segmento:60 mA (Máx.) en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms). Esto permite esquemas de multiplexación o sobreexcitación breve para un brillo percibido más alto.
• Reducción de Corriente:La corriente continua máxima debe reducirse linealmente en 0.33 mA/°C para temperaturas ambiente (T_a) superiores a 25°C. Esta es una consideración crucial de gestión térmica.
• Voltaje Inverso por Segmento (V_R):5V (Máx.). Exceder este voltaje en polarización inversa puede dañar permanentemente la unión LED.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):100 µA (Máx.) con V_R=5V. Esta es la corriente de fuga cuando el LED está polarizado inversamente.
• Disipación de Potencia por Segmento (P_D):70 mW (Máx.). Calculada como V_F* I_F, este límite gobierna la carga térmica de cada segmento.

2.3 Especificaciones Térmicas y Ambientales

• Rango de Temperatura de Operación:-35°C a +85°C. El dispositivo es adecuado para entornos industriales y comerciales extendidos.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura:Resiste un máximo de 260°C durante hasta 3 segundos, medido a 1.6mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento. Esto es compatible con perfiles estándar de soldadura por reflujo sin plomo.

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.

• Clasificación por Intensidad Luminosa:El amplio rango de I_V (200-800 µcd) sugiere que los LED se clasifican en diferentes categorías de intensidad después de la producción. Para aplicaciones que requieren un brillo uniforme en múltiples pantallas (por ejemplo, un panel de varios dígitos), es esencial especificar componentes de la misma categoría de intensidad.
• Clasificación por Voltaje Directo:Aunque no se establece explícitamente como clasificado, el rango proporcionado (2.05V Típ., 2.6V Máx.) indica una variación natural. En aplicaciones de precisión o grandes arreglos, la coincidencia de voltaje también puede ser una consideración para una distribución de corriente uniforme.
• Clasificación por Longitud de Onda:La longitud de onda dominante se especifica como un único valor típico (572 nm). Para este producto, la clasificación por longitud de onda probablemente sea muy ajustada o no sea un criterio de clasificación principal, ya que se especifica un solo color verde.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a "Curvas Típicas de Características Eléctricas/Ópticas". Aunque los gráficos específicos no se detallan en el texto proporcionado, las curvas estándar para tales dispositivos normalmente incluirían:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V):Esta curva no lineal muestra la relación entre el voltaje aplicado y la corriente resultante. El voltaje de "rodilla" está alrededor de 2.0V, después del cual la corriente aumenta rápidamente con pequeños aumentos de voltaje, lo que requiere un accionamiento de corriente constante para un brillo estable.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Curva I-L):Esta curva es generalmente lineal en un amplio rango. La intensidad luminosa es aproximadamente proporcional a la corriente directa, lo que permite controlar el brillo mediante PWM (Modulación por Ancho de Pulso) o ajuste analógico de corriente.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Para los LED AlInGaP, la salida de luz típicamente disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. La especificación de reducción de corriente directa está directamente relacionada con la gestión de este efecto térmico para mantener el brillo y la longevidad.
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa vs. longitud de onda, que muestra un pico cerca de 571-572 nm con el ancho de media línea declarado de 15 nm.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones Físicas

El paquete es un contorno estándar de pantalla LED de 7 segmentos de un dígito. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25 mm a menos que se indique lo contrario. Las dimensiones clave incluyen la altura, anchura y profundidad total del paquete, la altura del dígito (7.62mm) y el espaciado entre segmentos. La huella exacta es crítica para el diseño del PCB (Placa de Circuito Impreso).

5.2 Pinout e Identificación de Polaridad

El LTS-3361JG es un dispositivo deCátodo Común. Esto significa que todos los cátodos de los segmentos LED están conectados internamente a pines comunes (Pin 1 y Pin 6), mientras que cada ánodo de segmento tiene su propio pin. Para iluminar un segmento, su pin de ánodo correspondiente debe ser activado a ALTO (voltaje positivo a través de una resistencia limitadora de corriente), y el/los pin(es) de cátodo común deben conectarse a TIERRA (BAJO).

Conexión de Pines:

1. Cátodo Común

2. Ánodo F (Segmento superior derecho)

3. Ánodo G (Segmento central)

4. Ánodo E (Segmento inferior derecho)

5. Ánodo D (Segmento inferior)

6. Cátodo Común

7. Ánodo DP (Punto Decimal)

8. Ánodo C (Segmento inferior izquierdo)

9. Ánodo B (Segmento superior izquierdo)

10. Ánodo A (Segmento superior)

Nota: Los pines 1 y 6 son ambos cátodos comunes y deben conectarse juntos en el PCB para garantizar una distribución uniforme de la corriente.

5.3 Diagrama de Circuito Interno

El diagrama interno muestra diez pines conectados a los ocho elementos LED (segmentos A-G más DP). Los dos pines de cátodo común (1 y 6) están unidos internamente. Esta configuración es estándar para una pantalla de un dígito con cátodo común.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

• Soldadura por Reflujo:Compatible con procesos estándar de reflujo SMT. La temperatura máxima de soldadura nominal es de 260°C durante 3 segundos. Se recomienda un perfil estándar sin plomo con una temperatura pico entre 245-250°C para mantenerse dentro de este límite.
• Soldadura Manual:Si es necesaria la soldadura manual, utilice un soldador con control de temperatura ajustado a un máximo de 350°C y limite el tiempo de contacto a menos de 3 segundos por pin para evitar daños térmicos al paquete plástico y a las uniones internas.
• Limpieza:Utilice solo agentes de limpieza compatibles con el epoxi de los LED y los materiales plásticos. Evite la limpieza ultrasónica a menos que se verifique que es segura para el paquete específico.
• Precauciones contra ESD (Descarga Electroestática):Aunque no se establece explícitamente, los LED son generalmente sensibles a la ESD. Manipúlelos con las precauciones ESD apropiadas (estaciones de trabajo conectadas a tierra, pulseras antiestáticas).
• Condiciones de Almacenamiento:Almacene en un entorno seco y antiestático dentro del rango de temperatura especificado (-35°C a +85°C).

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El método de accionamiento más común es lamultiplexación. Para pantallas de varios dígitos, un microcontrolador activa secuencialmente el cátodo común de cada dígito mientras envía el patrón de segmentos para ese dígito en las líneas de ánodo común. Esto reduce significativamente el número de pines de accionamiento necesarios. A menudo se utiliza un CI controlador de corriente constante o un arreglo de transistores para suministrar suficiente corriente a los segmentos.

Cálculo de la Resistencia Limitadora de Corriente:Esencial para el accionamiento directo. Fórmula: R = (V_suministro- V_F) / I_F. Ejemplo: Para una fuente de 5V, V_F=2.2V, e I_F=10mA: R = (5 - 2.2) / 0.01 = 280 Ω. Utilice el valor estándar más cercano (por ejemplo, 270 Ω o 330 Ω). Se necesita una resistencia por cada ánodo de segmento si se acciona directamente.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Control de Brillo:Utilice PWM en los controladores de cátodo o ánodo para atenuar la pantalla. Esto es más efectivo y eficiente que variar la corriente continua.
• Ángulo de Visión:Posicione la pantalla considerando su amplio ángulo de visión para garantizar una visibilidad óptima para el usuario final.
• Gestión Térmica:Cumpla con las directrices de reducción de corriente para aplicaciones con alta temperatura ambiente. Asegure un área de cobre adecuada en el PCB o ventilación si se acciona a corrientes máximas o cercanas a ellas.
• Desacoplamiento:Coloque un pequeño condensador cerámico (por ejemplo, 100nF) cerca de los pines de alimentación de la pantalla para suprimir el ruido, especialmente en diseños multiplexados.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con tecnologías más antiguas como losLED rojos GaAsP, el LTS-3361JG basado en AlInGaP ofrece un brillo y eficiencia significativamente mayores para una corriente dada. En comparación con algunosLED blancos o azules modernos con fósforo, proporciona un color verde puro y saturado sin la complejidad y la pérdida de eficiencia de la conversión por fósforo.

Su diferenciación principal radica en su combinación específica:altura de dígito de 0.3 pulgadas, configuración de cátodo común, emisión verde pura de AlInGaP y categorías de intensidad caracterizadas. Los productos competidores pueden usar diferentes tecnologías de chip (por ejemplo, InGaN para azul/verde), tener diferentes colores de paquete (por ejemplo, cara negra) o ser de ánodo común.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Puedo accionar esta pantalla directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V?

R: Posiblemente, pero con precaución. El V_Ftípico es de 2.05V, y el voltaje alto de salida de un pin GPIO (V_OH) podría ser tan bajo como 2.64V con una fuente de 3.3V. El margen de voltaje (3.3V - 2.6V = 0.7V) es mínimo para una resistencia limitadora de corriente. Es más seguro usar un transistor o un CI controlador para conectar el microcontrolador.

P2: ¿Por qué hay dos pines de cátodo común (1 y 6)?

R: Esto es por simetría mecánica y para mejorar la distribución de corriente. Conectar ambos pines a tierra en su PCB ayuda a equilibrar la carga de corriente, mejorando potencialmente la uniformidad del brillo de los segmentos y la fiabilidad a largo plazo.

P3: ¿Cuál es la diferencia entre Longitud de Onda de Emisión Pico y Longitud de Onda Dominante?

R: La Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p) es el pico físico del espectro de luz emitido. La Longitud de Onda Dominante (λ_d) es la única longitud de onda percibida por el ojo humano que coincide con el color de la fuente de luz. Para una fuente monocromática como este LED verde, están muy cerca.

P4: ¿Cómo logro un brillo uniforme en un diseño de varios dígitos?

R: 1) Utilice un circuito controlador de corriente constante. 2) Implemente calibración por software o ajuste PWM por dígito si es necesario. 3) Lo más importante, especifique y utilice LED de la misma categoría de intensidad luminosa de su proveedor.

10. Caso de Estudio de Diseño

Escenario: Diseñar una pantalla simple de voltímetro de 4 dígitos.

1. Selección de Componentes:Se seleccionan cuatro displays LTS-3361JG por su legibilidad y color verde, que a menudo se asocia con el estado "encendido" o "normal".
2. Esquema de Accionamiento:Se elige un esquema de multiplexación. Un microcontrolador con 12 pines de E/S (8 para los ánodos de segmento A-G, DP, y 4 para los cátodos de dígito) puede accionar toda la pantalla.
3. Diseño del Circuito:Las líneas de ánodo de segmento se conectan en paralelo a través de los cuatro dígitos. Los pines de cátodo común (1 y 6) de cada dígito se conectan juntos y luego a un sumidero de transistor NPN. El microcontrolador enciende un transistor (dígito) a la vez mientras envía el código de 7 segmentos correspondiente en las líneas de ánodo. La frecuencia de refresco se establece por encima de 60 Hz para evitar el parpadeo.
4. Cálculo de Corriente:Para una pantalla multiplexada, la corriente instantánea por segmento puede ser mayor para lograr el mismo brillo promedio. Si el ciclo de trabajo es 1/4 (4 dígitos), para obtener una I_{F_prom}promedio de 5mA, la corriente instantánea durante su tiempo activo debe ser I_{F_inst}= I_{F_prom}/ Ciclo de Trabajo = 5mA / 0.25 = 20mA. Esto está dentro de la especificación continua pero debe verificarse contra la especificación de pico para la frecuencia de multiplexación elegida.
5. Diseño del PCB:Los displays se colocan con un espaciado preciso según el dibujo dimensional. Las trazas para las conexiones de cátodo común se hacen más anchas para manejar la corriente acumulada de los segmentos cuando un dígito está completamente iluminado (por ejemplo, el número '8').

11. Introducción al Principio Tecnológico

El LTS-3361JG se basa en material semiconductorAlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio). Este es un semiconductor compuesto III-V donde los átomos de aluminio, indio, galio y fósforo se organizan en una red cristalina. Cuando se polariza directamente, los electrones y los huecos se recombinan en la región activa de la unión PN, liberando energía en forma de fotones (luz). La proporción específica de Al, In, Ga y P en el cristal determina la energía de la banda prohibida, que dicta directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida. Para una emisión verde alrededor de 572 nm, se requiere una composición precisa.

Los chips se fabrican sobre unsustrato no transparente de GaAs (Arseniuro de Galio). Este sustrato absorbe parte de la luz generada, pero el sistema de material AlInGaP en sí es altamente eficiente. La luz se emite desde la superficie superior del chip. La cara gris y el difusor de segmento blanco del paquete ayudan a mejorar el contraste absorbiendo la luz ambiental y dispersando eficientemente la luz verde emitida por el chip, respectivamente.

12. Tendencias Tecnológicas

Si bien este producto específico utiliza la tecnología AlInGaP madura y fiable, las tendencias más amplias del mercado de pantallas LED incluyen:

• Mayor Eficiencia:La investigación continua en ciencia de materiales tiene como objetivo mejorar la eficiencia cuántica interna (IQE) y la eficiencia de extracción de luz (LEE) de todos los colores LED, reduciendo el consumo de energía para el mismo brillo.
• Miniaturización:Existe una tendencia hacia pasos de píxel más pequeños y pantallas de mayor densidad, aunque para dispositivos de 7 segmentos independientes, el tamaño de 0.3 pulgadas sigue siendo un estándar popular para la legibilidad.
• Integración:Más pantallas están integrando el CI controlador directamente en el paquete del módulo, simplificando el circuito externo para los diseñadores.
• Tecnologías Alternativas:Para aplicaciones a todo color o de alta resolución, tecnologías como MicroLED y OLED avanzados están evolucionando. Sin embargo, para pantallas numéricas de un dígito simples, robustas, brillantes y de bajo costo, los LED basados en AlInGaP e InGaN siguen siendo dominantes debido a su fiabilidad, longevidad y simplicidad.

El LTS-3361JG representa una solución bien optimizada dentro de su nicho, equilibrando rendimiento, costo y fiabilidad basándose en la física de semiconductores establecida y técnicas de empaquetado.