Hoja de Datos del Display LED LTD-5221AJF - Altura de Dígito 0.56 Pulgadas - AlInGaP Amarillo Naranja - Voltaje Directo 2.6V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTD-5221AJF es un módulo de visualización alfanumérica de siete segmentos de alto rendimiento, diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras, brillantes y de bajo consumo de energía. Su función principal es proporcionar una visualización altamente legible para instrumentos digitales, electrónica de consumo y paneles de control industrial.

La ventaja principal de este dispositivo radica en la utilización del material semiconductor Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP) para los chips LED. Este sistema de material es reconocido por su alta eficiencia luminosa y excelente pureza de color en el espectro del rojo al amarillo-naranja. El display presenta una cara gris claro y segmentos de color blanco, lo que contribuye a un alto contraste, haciendo que los caracteres sean fácilmente legibles incluso bajo diversas condiciones de iluminación ambiental.

Este display se clasifica como un dispositivo de baja corriente, específicamente probado y seleccionado para un rendimiento óptimo con corrientes de excitación bajas. Está diseñado para ofrecer una excelente apariencia de los caracteres, alto brillo y un amplio ángulo de visión, garantizando la visibilidad desde múltiples perspectivas. La construcción de estado sólido ofrece una fiabilidad inherente y una larga vida operativa, haciéndolo adecuado para aplicaciones donde la durabilidad es crítica.

1.1 Características Principales y Aplicaciones Objetivo

Las características clave que definen este producto incluyen una altura de dígito de 0.56 pulgadas (14.22 mm), que ofrece un buen equilibrio entre tamaño y legibilidad. Los segmentos son continuos y uniformes, proporcionando una estética limpia y profesional. Su bajo requerimiento de potencia es un beneficio significativo para dispositivos alimentados por batería o sensibles al consumo energético.

El dispositivo está categorizado por intensidad luminosa, lo que significa que las unidades son clasificadas o seleccionadas en función de su salida de luz, permitiendo una consistencia en el brillo entre múltiples displays en un solo producto. Esto es crucial para aplicaciones como medidores de panel multidígito o marcadores.

Los mercados y aplicaciones objetivo típicos incluyen equipos de prueba portátiles, dispositivos médicos, cuadros de mando automotrices (para displays auxiliares), controles de electrodomésticos, terminales punto de venta (TPV) y displays industriales para temporizadores/contadores. Su fiabilidad y rendimiento lo convierten en una opción preferida tanto para electrónica de consumo como de grado profesional.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Las características eléctricas y ópticas del LTD-5221AJF se especifican bajo condiciones de prueba estándar a una temperatura ambiente (TA) de 25°C. Una comprensión detallada de estos parámetros es esencial para un diseño de circuito adecuado y para garantizar la fiabilidad a largo plazo.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No están destinados para la operación normal.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la potencia máxima que puede disipar de forma segura un solo segmento LED sin causar sobrecalentamiento.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:90 mA. Esto solo está permitido bajo condiciones pulsadas (ancho de pulso de 0.1ms, ciclo de trabajo 1/10), como en esquemas de excitación multiplexada, para lograr un brillo instantáneo más alto.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta corriente se reduce linealmente a una tasa de 0.33 mA/°C a medida que la temperatura ambiente supera los 25°C. Esta reducción es crucial para la gestión térmica.
• Voltaje Inverso por Segmento:5 V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede dañar la unión PN del LED.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C. Este amplio rango garantiza la funcionalidad en entornos hostiles.
• Temperatura de Soldadura:El dispositivo puede soportar una temperatura de soldadura de 260°C durante 3 segundos, medida a 1.6 mm por debajo del plano de asiento.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros describen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación.

• Intensidad Luminosa Promedio (Iv):Varía desde 320 μcd (mín.) hasta 700 μcd (típ.) a una corriente directa (IF) de 1 mA. Esta corriente de excitación excepcionalmente baja resalta su eficiencia. La intensidad se mide utilizando un filtro que imita la respuesta fotópica del ojo humano (curva CIE).
• Voltaje Directo por Segmento (VF):Típicamente 2.6 V, con un máximo de 2.6 V a IF=20 mA. El mínimo es 2.05 V. Este parámetro es vital para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λp):611 nm. Esta es la longitud de onda a la que la intensidad de la luz emitida es más alta, definiendo el color amarillo-naranja.
• Longitud de Onda Dominante (λd):605 nm. Esta es la longitud de onda percibida por el ojo humano, estrechamente relacionada con el punto de color.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):17 nm. Esto indica la pureza del color; un ancho más estrecho significa un color más saturado y puro.
• Corriente Inversa por Segmento (IR):Máximo 100 μA a un voltaje inverso (VR) de 5V.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (Iv-m):2:1 máximo. Esto especifica la relación máxima permitida entre el segmento más brillante y el más tenue dentro de un solo dígito cuando se excitan en las mismas condiciones (IF=1mA), asegurando uniformidad.

3. Sistema de Clasificación y Categorización

La hoja de datos establece explícitamente que el dispositivo está \"categorizado por intensidad luminosa.\" Esto implica un proceso de clasificación (binning).

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Aunque en este documento no se proporcionan códigos de clasificación específicos, la práctica implica probar cada display o lote de LEDs y clasificarlos en grupos (bins) según su salida de luz medida a una corriente de prueba estándar (ej., 1mA o 20mA). Esto permite a los fabricantes adquirir displays con un brillo mínimo garantizado o dentro de un rango de brillo específico, asegurando consistencia visual en todos los dígitos en una aplicación de display multidígito. Los diseñadores deben consultar la documentación específica de clasificación del fabricante para conocer los códigos y especificaciones disponibles cuando la consistencia sea un requisito crítico de diseño.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a \"curvas típicas de características eléctricas/ópticas,\" que son herramientas esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo más allá de los datos puntuales en las tablas.

4.1 Interpretación de las Curvas Típicas

Aunque los gráficos específicos no se representan en el texto proporcionado, las curvas estándar para tales dispositivos típicamente incluirían:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V):Esta curva no lineal muestra la relación entre el voltaje a través del LED y la corriente que fluye a través de él. Es crucial para seleccionar la resistencia limitadora de corriente apropiada o diseñar drivers de corriente constante. La \"rodilla\" de esta curva está alrededor del valor típico de VF.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Curva I-L):Este gráfico muestra cómo aumenta la salida de luz con la corriente de excitación. Generalmente es lineal en un rango, pero puede saturarse a corrientes muy altas. La curva confirma la alta eficiencia a bajas corrientes (como lo evidencia el punto de prueba de 1mA para Iv).
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva demuestra la reducción térmica de la salida de luz. A medida que aumenta la temperatura, la eficiencia del LED disminuye, lo que lleva a una menor intensidad luminosa para la misma corriente de excitación. Esto refuerza la importancia de la reducción de corriente especificada en los límites absolutos máximos.
• Curva de Distribución Espectral:Este gráfico mostraría la intensidad relativa de la luz emitida a través de diferentes longitudes de onda, centrada alrededor del pico de 611 nm, con el ancho definido por el parámetro de ancho medio de 17 nm.

Los diseñadores deben usar estas curvas para predecir el rendimiento en condiciones no estándar, como diferentes corrientes de excitación o temperaturas de operación.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones y Tolerancias del Paquete

El contorno físico y las dimensiones críticas del dispositivo se proporcionan en un dibujo (referenciado pero no mostrado). Todas las dimensiones están en milímetros, con una tolerancia estándar de ±0.25 mm (0.01 pulgada) a menos que una nota de característica específica indique lo contrario. Esta información es crítica para el diseño del PCB, asegurando que la huella y los cortes estén correctamente diseñados, y para la integración mecánica en la carcasa del producto final.

5.2 Conexión de Pines y Circuito Interno

El LTD-5221AJF es un display de dos dígitos con ánodo común. El diagrama de circuito interno y la tabla de conexión de pines son esenciales para un cableado correcto.

• Configuración:Ánodo Común. Esto significa que los ánodos de todos los LEDs para cada dígito están conectados internamente. Para iluminar un segmento, su pin de cátodo correspondiente debe ponerse a nivel bajo (conectado a tierra o a un sumidero de corriente) mientras que el ánodo común para ese dígito se pone a nivel alto (conectado a VCC a través de una resistencia limitadora de corriente).
• Asignación de Pines:El dispositivo de 18 pines tiene una asignación específica para los cátodos de los segmentos A-G y el punto decimal (D.P.) tanto para el Dígito 1 como para el Dígito 2, junto con los dos pines de ánodo común (uno por dígito). El Pin 1 está marcado como \"Sin Conexión\" (N.C.).
• Punto Decimal:La hoja de datos especifica \"Decimal a la Derecha,\" indicando la posición del punto decimal en relación con los dígitos.

Esta configuración de ánodo común a menudo se prefiere en sistemas basados en microcontroladores donde los pines de E/S son mejores para sumidero de corriente (poner a nivel bajo) que para fuente de corriente (poner a nivel alto).

6. Directrices de Soldadura y Montaje

Los límites absolutos máximos proporcionan el parámetro clave de soldadura: el dispositivo puede soportar una temperatura máxima de 260°C durante 3 segundos, medida a 1.6 mm por debajo del plano de asiento. Esto se alinea con los perfiles típicos de soldadura por reflujo sin plomo.

6.1 Prácticas Recomendadas

• Soldadura por Reflujo:Utilice un perfil de reflujo sin plomo estándar con una temperatura máxima que no exceda los 260°C. El tiempo por encima del líquido (ej., 217°C) debe controlarse para minimizar el estrés térmico en el paquete de plástico y las uniones internas de alambre.
• Soldadura Manual:Si es necesaria la soldadura manual, utilice un soldador con control de temperatura. Aplique calor a la almohadilla del PCB, no directamente al pin del display, y limite el tiempo de contacto para evitar el sobrecalentamiento.
• Limpieza:Utilice disolventes de limpieza compatibles con el material plástico del display para evitar decoloración o degradación.
• Almacenamiento:Almacene en un ambiente seco y antiestático dentro del rango de temperatura especificado (-35°C a +85°C) para prevenir la absorción de humedad (que puede causar \"efecto palomita\" durante el reflujo) y daños por descarga electrostática.

7. Consideraciones de Diseño para la Aplicación

7.1 Diseño del Circuito de Excitación

Diseñar correctamente el circuito de excitación es primordial para el rendimiento y la longevidad.

• Limitación de Corriente:SIEMPRE utilice una resistencia limitadora de corriente en serie con cada ánodo común (para excitación estática) o utilice un driver de corriente constante. El valor de la resistencia se puede calcular usando la Ley de Ohm: R = (Vcc - VF) / IF. Por ejemplo, con un Vcc de 5V, un VF de 2.6V y un IF deseado de 10 mA: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω.
• Operación a Baja Corriente:El dispositivo está caracterizado hasta 1mA por segmento. Para aplicaciones de ultra bajo consumo, excitar a 1-2 mA puede proporcionar suficiente visibilidad mientras se minimiza el consumo de energía.
• Multiplexación:Para displays multidígito, la multiplexación es estándar. Esto implica habilitar secuencialmente el ánodo común de un dígito a la vez mientras se presentan los datos de segmento para ese dígito. La especificación de corriente de pico (90 mA a ciclo de trabajo 1/10) permite corrientes pulsadas más altas para compensar el ciclo de trabajo reducido, manteniendo el brillo percibido. La corriente promedio por segmento aún debe respetar la especificación de corriente continua.
• Interfaz con Microcontrolador:Para displays de ánodo común, los pines del microcontrolador conectados a los cátodos de segmento deben configurarse como salidas. Para encender un segmento, ponga el pin correspondiente a BAJO. Para apagarlo, póngalo a ALTO (o alta impedancia si es posible). Los pines de ánodo común típicamente son excitados por transistores externos (ej., BJTs PNP o MOSFETs de canal P) capaces de suministrar la corriente total del dígito.

7.2 Gestión Térmica

Aunque los LEDs son eficientes, aún generan calor. El factor de reducción de 0.33 mA/°C para la corriente continua debe considerarse en el diseño. Si se espera que el display opere en un entorno de alta temperatura ambiente (ej., dentro de una carcasa sellada o cerca de otras fuentes de calor), la corriente continua máxima permitida debe reducirse en consecuencia. Asegure una ventilación o disipación de calor adecuada si se excita a o cerca de la corriente máxima nominal.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

La diferenciación principal del LTD-5221AJF radica en su tecnología de material y optimización para baja corriente.

• vs. LEDs Tradicionales de GaAsP o GaP:La tecnología AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor y una mejor estabilidad térmica, resultando en displays más brillantes con un color más consistente en temperatura y a lo largo de su vida útil.
• vs. LEDs de Brillo Estándar:Este dispositivo está específicamente \"probado y seleccionado\" para rendimiento a baja corriente. Muchos displays de siete segmentos estándar se caracterizan a 20mA; este garantiza rendimiento a 1mA, haciéndolo superior para aplicaciones críticas en cuanto a batería.
• vs. Displays LED Azul/Verde/Blanco:El color amarillo-naranja (605-611 nm) ofrece una excelente visibilidad y a menudo se considera menos fatigante para los ojos en condiciones de poca luz en comparación con colores de longitud de onda más corta. También típicamente tiene una mayor eficacia luminosa que los primeros LEDs azules o blancos.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo excitar este display directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V sin una resistencia limitadora de corriente?

R: No. Siempre debe utilizar un mecanismo de limitación de corriente (resistencia o driver de corriente constante). Incluso si Vcc (3.3V) está cerca de VF (2.05-2.6V), la falta de una resistencia permitiría que fluya una corriente excesiva, pudiendo dañar tanto el LED como el pin del microcontrolador.

P: ¿Cuál es la diferencia entre \"Longitud de Onda de Emisión de Pico\" y \"Longitud de Onda Dominante\"?

R: La longitud de onda de pico (λp=611nm) es el pico físico del espectro de luz emitida. La longitud de onda dominante (λd=605nm) es la longitud de onda de una luz monocromática pura que parecería tener el mismo color que el LED para un observador humano. A menudo están cerca pero no son idénticas.

P: La relación de coincidencia es 2:1. ¿Significa esto que un segmento podría ser el doble de brillante que otro?

R: Sí, la especificación permite esta variación máxima bajo condiciones de prueba idénticas. Para la mayoría de las aplicaciones, esta variación no es perceptiblemente objetable. Si se requiere una uniformidad extrema, consulte al fabricante para opciones de clasificación más estrictas o considere usar displays del mismo lote de producción.

P: ¿Puedo usar este display en una aplicación exterior?

R: El rango de temperatura de operación (-35°C a +85°C) soporta muchos entornos exteriores. Sin embargo, la exposición directa a la luz solar y a la intemperie requiere un recubrimiento conformado en el PCB y una ventana protectora sobre el display para prevenir la degradación por UV del plástico y la entrada de humedad. El alto contraste de la cara gris claro/blanco ayuda con la legibilidad bajo la luz solar.

10. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

10.1 Caso de Estudio: Display para Multímetro Portátil

En un multímetro digital de mano, la eficiencia energética es crítica. El LTD-5221AJF puede excitarse a 1-2 mA por segmento en una configuración multiplexada. Un microcontrolador con segmentos de driver LED integrados puede controlar 2-4 dígitos de manera eficiente. El amplio ángulo de visión permite al usuario leer las mediciones desde varios ángulos, y el alto contraste asegura la legibilidad tanto en entornos de laboratorio tenues como en ambientes más brillantes. El bajo voltaje directo también ayuda a maximizar la vida útil de la batería cuando se utiliza una fuente de alimentación de 3V o 4.5V.

10.2 Caso de Estudio: Temporizador/Contador Industrial

Para un temporizador industrial montado en panel, la fiabilidad y la visibilidad son clave. La fiabilidad de estado sólido del display LED supera a tecnologías más antiguas como los displays fluorescentes de vacío (VFD) en términos de resistencia a golpes/vibraciones y vida útil. La estabilidad del material AlInGaP asegura que el color y el brillo del display no cambien significativamente a lo largo de años de operación continua. La configuración de ánodo común simplifica la interfaz con los módulos de salida digital de PLCs industriales que a menudo tienen esquemas de conexión a tierra comunes.

11. Introducción al Principio Tecnológico

El LTD-5221AJF se basa en la tecnología semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP) crecida sobre un sustrato de Arseniuro de Galio (GaAs) no transparente. Este sistema de material permite la ingeniería precisa del bandgap del semiconductor ajustando las proporciones de Al, In, Ga y P. Un bandgap más grande corresponde a la emisión de luz de longitud de onda más corta (mayor energía). La composición utilizada aquí crea un bandgap que resulta en la emisión de fotones en la región amarillo-naranja (alrededor de 611 nm) cuando los electrones se recombinan con huecos a través de la unión PN bajo polarización directa.

El \"sustrato de GaAs no transparente\" es significativo. Los primeros LEDs rojos usaban un sustrato de GaP transparente, pero las capas de AlInGaP tienen un mejor ajuste de red con el GaAs. El sustrato en sí absorbe parte de la luz generada, pero los diseños modernos de chips utilizan técnicas como reflectores de Bragg distribuidos (DBR) o unión de obleas a sustratos transparentes (como GaP) en dispositivos de gama más alta para mejorar la eficiencia de extracción de luz. El hecho de que esta hoja de datos mencione un sustrato no transparente indica un diseño de chip estándar y rentable.

12. Tendencias y Contexto Tecnológico

Aunque esta hoja de datos específica es del año 2000, la tecnología subyacente AlInGaP sigue siendo muy relevante para LEDs rojos, naranjas y amarillos debido a su eficiencia y estabilidad de color. Sin embargo, el panorama más amplio de los displays ha evolucionado.

• Tendencia hacia la Integración:Las aplicaciones modernas a menudo usan displays de matriz de puntos OLED o LCD para una mayor flexibilidad al mostrar texto y gráficos. Sin embargo, los LEDs de siete segmentos siguen siendo imbatibles para lecturas numéricas simples, de alto brillo y bajo costo donde no se necesita personalización.
• Mejoras en la Eficiencia:La investigación continua en materiales AlInGaP y diseño de chips (como diseños de chip flip de película delgada) continúa impulsando la eficacia luminosa (lúmenes por vatio) más alto, permitiendo displays aún más brillantes a corrientes más bajas o con menor generación de calor.
• Mezcla de Colores:Para aplicaciones a todo color, los LEDs rojos AlInGaP se combinan con LEDs azules y verdes de Nitruro de Indio y Galio (InGaN). La variante amarillo-naranja como el LTD-5221AJF encuentra su nicho en aplicaciones monocromáticas donde se desea su color específico y alta eficiencia.
• Integración del Driver:Una tendencia moderna es la integración del display LED con el CI driver en un solo paquete o módulo, simplificando el diseño y reduciendo el número de componentes, aunque potencialmente a un costo unitario más alto.

En resumen, el LTD-5221AJF representa una solución madura y optimizada para una necesidad de aplicación específica y duradera: visualización numérica fiable, brillante y de bajo consumo.