Hoja de Datos del Display LED de 7 Segmentos LTS-5701AJF - 0.56 Pulgadas, Color Naranja Amarillento - Altura de Dígito 14.22mm - Voltaje Directo 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-5701AJF es un módulo de display LED de siete segmentos y un solo dígito de alto rendimiento. Su función principal es proporcionar una representación clara y brillante de caracteres numéricos y alfanuméricos limitados en dispositivos electrónicos. La tecnología central se basa en material semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP), diseñado específicamente para emitir luz en el espectro naranja amarillento. Este sistema de material es conocido por su alta eficiencia y brillo excelente en comparación con tecnologías más antiguas como el Fosfuro de Galio (GaP) estándar. El dispositivo presenta una pantalla frontal gris con marcas de segmento blancas, lo que mejora significativamente el contraste y la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación. Está diseñado en una configuración de ánodo común, simplificando el diseño del circuito en muchas aplicaciones basadas en microcontroladores donde suministrar corriente es más sencillo.

1.1 Características y Ventajas Clave

El display ofrece varias ventajas distintivas que lo hacen adecuado para una amplia gama de aplicaciones:

• Tamaño de Carácter Óptimo:Con una altura de dígito de 0.56 pulgadas (14.22 mm), proporciona una excelente visibilidad a distancia manteniendo una huella compacta.
• Rendimiento Óptico Superior:El uso de chips AlInGaP ofrece alto brillo y alto contraste. Los segmentos continuos y uniformes aseguran una apariencia de carácter consistente y agradable sin puntos oscuros o irregularidades.
• Ángulo de Visión Amplio:El diseño permite una visibilidad clara desde un amplio rango de ángulos, lo cual es crítico para medidores de panel, instrumentación y electrónica de consumo.
• Operación de Baja Potencia:Requiere una corriente directa relativamente baja para lograr una buena intensidad luminosa, haciéndolo energéticamente eficiente y adecuado para dispositivos alimentados por baterías.
• Fiabilidad Mejorada:Como dispositivo de estado sólido, ofrece alta fiabilidad, larga vida operativa y resistencia a golpes y vibraciones en comparación con displays mecánicos o de fluorescencia al vacío.
• Garantía de Calidad:Los dispositivos se clasifican ("binned") por intensidad luminosa, asegurando consistencia en el brillo entre lotes de producción para una apariencia uniforme del panel.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los parámetros eléctricos y ópticos especificados en la hoja de datos. Comprender estos valores es crucial para un diseño de circuito adecuado y para garantizar la fiabilidad a largo plazo.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores 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 y debe evitarse para un diseño fiable.

• Disipación de Potencia por Segmento (70 mW):Esta es la cantidad máxima de potencia que puede disiparse de forma segura como calor por un solo segmento LED en operación continua. Exceder este límite arriesga un sobrecalentamiento de la unión semiconductor, llevando a una degradación acelerada o fallo catastrófico.
• Corriente Directa Pico por Segmento (60 mA, ciclo de trabajo 1/10, pulso de 0.1ms):Este valor permite pulsos breves de corriente más alta para lograr picos momentáneos de brillo, por ejemplo en displays multiplexados o para resaltar. Las estrictas limitaciones de ciclo de trabajo y ancho de pulso son críticas; la corriente promedio aún debe cumplir con el valor de operación continua.
• Corriente Directa Continua por Segmento (25 mA):La corriente máxima recomendada para la operación en estado estable, no pulsada, de un solo segmento. Se especifica un factor de reducción lineal de 0.33 mA/°C por encima de los 25°C de temperatura ambiente (Ta). Esto significa que si la temperatura ambiente sube a 50°C, la corriente continua máxima permitida sería: 25 mA - ((50°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 25 mA - 8.25 mA =16.75 mA.
• Voltaje Inverso por Segmento (5 V):El voltaje máximo que puede aplicarse en la dirección de polarización inversa a través de un segmento LED. Exceder esto puede causar ruptura y dañar la unión PN. El diseño del circuito debe incluir protección si son posibles transitorios de voltaje inverso.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento (-35°C a +85°C):Define los límites ambientales para una operación fiable y almacenamiento sin operar.
• Temperatura de Soldadura (260°C durante 3 segundos):Proporciona guía para procesos de soldadura por ola o de reflujo, especificando la temperatura máxima en un punto específico durante un tiempo limitado para prevenir daños al paquete plástico y a las conexiones internas de alambre.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas (a Ta=25°C)

Estos son los parámetros de rendimiento típicos bajo condiciones de prueba especificadas. Se utilizan para cálculos de diseño y expectativas de rendimiento.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):320-900 μcd a I_F=1mA. Esta es la medida del brillo percibido por el ojo humano. El amplio rango (Mín: 320, Típ: 900) indica un proceso de clasificación (binning). Los diseñadores deben usar el valor mínimo para cálculos de brillo en el peor caso para asegurar visibilidad bajo todas las condiciones.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):611 nm (típico) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda a la cual la salida espectral es más fuerte. Se encuentra dentro de la región naranja amarillenta del espectro visible.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):605 nm (típico) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano que mejor coincide con el color de la luz emitida. Es ligeramente menor que la longitud de onda pico, lo cual es común para LEDs con espectros más amplios.
• Ancho de Media Línea Espectral (Δλ):17 nm (típico) a I_F=20mA. Este parámetro indica la pureza del color. Un valor de 17 nm es moderadamente amplio, resultando en un color naranja amarillento saturado pero no monocromático.
• Voltaje Directo por Segmento (V_F):2.05V (Mín), 2.6V (Típ) a I_F=20mA. Esta es la caída de voltaje a través del LED cuando opera. Es crucial para calcular el valor de la resistencia limitadora de corriente: R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Usar el valor típico o máximo asegura que la corriente no exceda el nivel deseado.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):100 μA (Máx) a V_R=5V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el LED está polarizado inversamente dentro de su valor máximo.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):2:1 (Máx). Esto especifica la variación de brillo máxima permitida entre diferentes segmentos del mismo dígito o entre diferentes dígitos en un display multidígito. Una relación de 2:1 significa que el segmento más brillante no debe ser más del doble de brillante que el más tenue, asegurando una apariencia uniforme.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica que los dispositivos están "Categorizados por Intensidad Luminosa". Esto se refiere a un proceso de clasificación o selección posterior a la fabricación.

• Clasificación por Intensidad Luminosa:Debido a variaciones naturales en el crecimiento epitaxial del semiconductor y el proceso de fabricación del chip, la salida de luz de los LEDs puede variar. Después de la producción, los dispositivos se prueban y clasifican en diferentes grupos (bins) según su intensidad luminosa medida a una corriente de prueba estándar (ej., 1mA). El rango especificado de 320 a 900 μcd probablemente abarca varios grupos. Los fabricantes pueden ofrecer códigos de grupo específicos para aplicaciones que requieren un emparejamiento estricto de brillo.
• Clasificación por Voltaje Directo:Aunque no se menciona explícitamente como un parámetro clasificado, el rango dado para V_F(2.05V a 2.6V) es típico. Para diseños de muy alto volumen o sensibles, las piezas también pueden clasificarse por voltaje directo para asegurar un consumo de energía y características térmicas consistentes en un display.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Aunque 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 vitales para entender el rendimiento del dispositivo en condiciones no estándar:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V):Muestra la relación exponencial. La curva se desplaza con la temperatura; V_Fdisminuye a medida que la temperatura de la unión aumenta para una corriente dada.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa:Generalmente muestra una relación casi lineal a corrientes bajas, con posible saturación o caída de eficiencia a corrientes muy altas. Este gráfico se usa para seleccionar la corriente de operación para un nivel de brillo deseado.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Demuestra cómo la salida de luz disminuye a medida que la temperatura ambiente (y por lo tanto de la unión) aumenta. Esto es crítico para diseños que operan en entornos de temperatura elevada.
• Distribución Espectral:Una gráfica de intensidad relativa versus longitud de onda, mostrando el pico en ~611 nm y el ancho de media línea de ~17 nm, definiendo las características exactas del color.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Paquete y Pinout

El dispositivo está contenido en un paquete estándar de display LED de siete segmentos y un dígito con 10 pines. La hoja de datos proporciona un dibujo dimensional detallado (no reproducido aquí) con todas las medidas críticas en milímetros. Las características clave incluyen la altura, anchura y profundidad totales, el tamaño de la ventana del dígito, el espaciado de las patillas (pitch) y el plano de asiento. Las tolerancias son típicamente ±0.25 mm a menos que se indique lo contrario. La conexión de pines está claramente definida:

1. Pin 1: Cátodo E
2. Pin 2: Cátodo D
3. Pin 3: Ánodo Común
4. Pin 4: Cátodo C
5. Pin 5: Cátodo D.P. (Punto Decimal)
6. Pin 6: Cátodo B
7. Pin 7: Cátodo A
8. Pin 8: Ánodo Común
9. Pin 9: Cátodo F
10. Pin 10: Cátodo G

El diagrama de circuito interno muestra que todos los LEDs de segmento (A-G y DP) tienen sus ánodos conectados internamente a los dos pines de ánodo común (3 y 8), que también están conectados internamente. Este diseño de ánodo común significa que para iluminar un segmento, su correspondiente pin cátodo debe ser llevado a bajo (conectado a tierra o un voltaje más bajo) mientras que los pines de ánodo se mantienen a un voltaje positivo a través de una resistencia limitadora de corriente.

6. Guías de Soldadura y Montaje

Los valores máximos absolutos especifican una condición de soldadura: 260°C durante 3 segundos, medidos 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.59 mm) por debajo del plano de asiento. Esta es una referencia estándar para soldadura por ola. Para soldadura por reflujo, un perfil estándar sin plomo con una temperatura pico que no exceda los 260°C es apropiado. Es crucial evitar estrés térmico excesivo, que puede agrietar el paquete de epoxi, dañar la unión interna del dado o romper las finas conexiones de alambre que conectan el chip a las patillas. Se recomienda precalentamiento para minimizar el choque térmico. Después de soldar, se debe permitir que el dispositivo se enfríe gradualmente. Para almacenamiento, se debe mantener el rango especificado de -35°C a +85°C en un ambiente seco y sin condensación para preservar la soldabilidad y prevenir la absorción de humedad (que puede causar "popcorning" durante el reflujo).

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El LTS-5701AJF es ideal para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y fiables:

• Equipos de Prueba y Medición:Multímetros digitales, contadores de frecuencia, fuentes de alimentación, lecturas de sensores.
• Controles Industriales:Medidores de panel para temperatura, presión, flujo, RPM y displays de variables de proceso.
• Electrónica de Consumo:Relojes, temporizadores, displays de electrodomésticos de cocina, medidores de nivel de equipos de audio.
• Mercado Secundario Automotriz:Calibradores y displays para sistemas auxiliares (no para instrumentación primaria debido a requisitos de certificación de temperatura y fiabilidad).
• Dispositivos Médicos:Displays de parámetros simples en equipos de monitoreo no críticos (sujeto a aprobaciones regulatorias apropiadas).

7.2 Consideraciones de Diseño e Implementación del Circuito

• Limitación de Corriente:Una resistencia debe conectarse en serie con el/los ánodo(s) común(es) o cada cátodo para limitar la corriente directa a un valor seguro (ej., 10-20 mA). El valor de la resistencia se calcula usando el voltaje de alimentación (V_CC), el voltaje directo del LED (V_F), y la corriente deseada (I_F): R = (V_CC- V_F) / I_F. Use el V_Fmáximo de la hoja de datos para un diseño conservador que asegure que la corriente nunca exceda el objetivo.
• Multiplexación:Para displays multidígito, casi siempre se usa una técnica de multiplexación para minimizar el número de pines en el microcontrolador controlador. Esto implica iluminar un dígito a la vez en secuencia rápida. La persistencia de la visión hace que el display parezca continuamente encendido. Al multiplexar, la corriente pico por segmento puede ser más alta (dentro del valor pulsado de 60mA) para compensar el ciclo de trabajo reducido y mantener el brillo promedio. El diseño debe asegurar que la corriente promedio y la disipación de potencia por segmento estén dentro de los límites continuos.
• Control por Microcontrolador:Los displays de ánodo común son fácilmente controlados por pines de puerto de microcontrolador configurados como salidas de drenador abierto o colector abierto que sumideran corriente a tierra. Alternativamente, se pueden usar circuitos integrados controladores de LED dedicados o arreglos de transistores (ej., ULN2003) para mayor capacidad de corriente o lógica más simple.
• Ángulo de Visión y Montaje:Considere el ángulo de visión previsto del usuario al diseñar el recorte del panel y la profundidad de montaje para aprovechar el amplio ángulo de visión del display.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El diferenciador principal del LTS-5701AJF es su uso de material AlInGaP para emisión naranja amarillenta. En comparación con los LEDs amarillos GaP más antiguos, AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, resultando en displays más brillantes a la misma corriente o brillo equivalente a menor potencia. En comparación con los LEDs rojos GaAsP o AllnGaP, proporciona un color distintivo que puede ser más fácil de leer en ciertas condiciones de luz ambiental y puede ser preferido para requisitos específicos de codificación de color estética o funcional. El tamaño de dígito de 0.56 pulgadas lo coloca en una categoría común para paneles de instrumentos, ofreciendo un buen equilibrio entre tamaño y legibilidad.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Qué valor de resistencia debo usar con una fuente de 5V para controlar un segmento a 15mA?

R1: Usando el V_Fmáximo de 2.6V para un diseño seguro: R = (5V - 2.6V) / 0.015A = 2.4V / 0.015A = 160 Ω. El valor estándar más cercano de 150 Ω o 180 Ω sería adecuado. Siempre verifique el brillo real y la corriente en el circuito.

P2: ¿Puedo conectar los dos pines de ánodo común juntos?

R2: Sí, los pines 3 y 8 están conectados internamente. Conectarlos juntos en la PCB es una práctica estándar y ayuda a distribuir la corriente, mejorando potencialmente la uniformidad del brillo.

P3: ¿Cómo muestro el número "7"?

R3: Para mostrar "7", necesita iluminar los segmentos A, B y C. Por lo tanto, con una configuración de ánodo común, aplique un voltaje positivo (a través de una resistencia limitadora de corriente) al/los ánodo(s) común(es), y conecte los pines cátodo para A (pin 7), B (pin 6) y C (pin 4) a tierra (nivel lógico bajo).

P4: ¿Por qué la corriente continua máxima se reduce por encima de 25°C?

R4: El límite de disipación de potencia es fijo. A medida que la temperatura ambiente aumenta, la diferencia de temperatura entre la unión del LED y el aire ambiente (el gradiente térmico) disminuye, haciendo más difícil disipar el calor. Para evitar que la temperatura de la unión exceda su límite seguro, la potencia permitida (y por lo tanto la corriente para un V_Fdado) debe reducirse.

10. Ejemplo Práctico de Diseño

Escenario: Diseñar un display de voltímetro de 4 dígitos.

Se usa un microcontrolador con un número limitado de pines de E/S. Los cuatro displays LTS-5701AJF están conectados en una configuración multiplexada. Los cátodos de segmento (A-G, DP) de los cuatro dígitos están conectados en paralelo. El pin de ánodo común de cada dígito es controlado por un transistor NPN separado controlado por un pin del microcontrolador. El microcontrolador usa una interrupción de temporizador para ciclar a través de los dígitos cada 2-5 milisegundos. Calcula los datos de segmento para el dígito activo y los envía a un puerto conectado a los cátodos comunes a través de resistencias limitadoras de corriente. Para mantener un buen brillo con un ciclo de trabajo de 1/4, la corriente pico de segmento durante su tiempo activo podría establecerse en 25-30 mA (muy por debajo del valor pulsado de 60mA), resultando en una corriente promedio de ~6-7.5 mA por segmento, lo cual es seguro y proporciona brillo suficiente. El diseño debe incluir el cálculo de reducción si se espera que el dispositivo opere en un ambiente caliente.

11. Introducción al Principio Tecnológico

El LTS-5701AJF se basa en un compuesto semiconductor III-V, Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (Al_xIn_yGa_1-x-yP). Las proporciones específicas de estos elementos determinan la energía de la banda prohibida del material, lo que dicta directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida. En este caso, la composición está diseñada para una banda prohibida correspondiente a fotones naranja amarillentos (~605-611 nm). Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión PN, los electrones y huecos se inyectan en la región activa. Se recombinan radiativamente, liberando energía en forma de luz. El uso de un sustrato de GaAs no transparente ayuda a absorber la luz dispersa, mejorando el contraste. La cara gris y los segmentos blancos están hechos de epoxi moldeado con pigmentos difusores, lo que ayuda a distribuir la luz uniformemente a través de cada segmento y mejora el contraste contra el fondo no iluminado.

12. Tendencias Tecnológicas

Si bien los displays discretos de siete segmentos siguen siendo relevantes para muchas aplicaciones, la tendencia general en la tecnología de displays es hacia la integración y flexibilidad. Esto incluye:

Integración:Los módulos multidígito con circuitos integrados controladores incorporados (ej., con interfaz SPI/I2C) son cada vez más comunes, simplificando la interfaz con el microcontrolador.

Materiales:Mientras que AlInGaP es eficiente para rojo-naranja-amarillo, materiales más nuevos como InGaN (para azul/verde/blanco) ofrecen eficiencias aún mayores. Los displays híbridos o matrices de LED direccionables a todo color están ganando popularidad para la visualización de información más compleja.

Factores de Forma:Existe una constante búsqueda de paquetes más delgados, mayor brillo para legibilidad bajo la luz solar y menor consumo de energía para dispositivos portátiles. Sin embargo, la simplicidad fundamental, robustez y rentabilidad de los LEDs estándar de siete segmentos como el LTS-5701AJF aseguran su uso continuo en una amplia gama de aplicaciones donde se requiere una salida numérica simple.