Hoja de Datos del Display LED LTS-5701AKF - Altura de Dígito de 0.56 Pulgadas - Color Amarillo-Naranja - Voltaje Directo de 2.6V - Disipación de Potencia de 70mW - Documento Técnico en Inglés

1. Descripción General del Producto

El LTS-5701AKF es una pantalla alfanumérica de un dígito y siete segmentos, diseñada para aplicaciones que requieren una indicación numérica o alfanumérica limitada, clara y brillante. Su función principal es proporcionar una salida visual iluminando selectivamente sus segmentos (de la A a la G y un punto decimal) para formar caracteres. El dispositivo está construido con tecnología de semiconductores de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP), que se cultiva sobre un sustrato de Arseniuro de Galio (GaAs). Este sistema de materiales se elige específicamente por su eficiencia en la producción de luz amarillo-naranja de alto brillo. La pantalla cuenta con una placa frontal gris, que mejora el contraste al reducir la reflexión de la luz ambiental, y contornos de segmentos blancos para una definición clara de los caracteres cuando están apagados. Se clasifica como un tipo de ánodo común, lo que significa que los ánodos de todos los segmentos LED están conectados internamente, simplificando el suministro de corriente en circuitos típicos controlados por microcontroladores.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las principales ventajas de esta pantalla derivan de su construcción y diseño de AlInGaP. Ofrece una alta intensidad luminosa y un excelente contraste, lo que garantiza su legibilidad incluso en entornos bien iluminados. El amplio ángulo de visión es una característica crítica para aplicaciones en las que la pantalla puede ser vista desde diversas posiciones. Su fiabilidad de estado sólido, sin partes móviles y con una robusta construcción semiconductor, conduce a una larga vida operativa y resistencia a golpes y vibraciones. El bajo requerimiento de potencia la hace adecuada para dispositivos alimentados por batería o conscientes del consumo energético. Esta combinación de características apunta a mercados que incluyen instrumentación industrial (por ejemplo, medidores de panel, temporizadores, contadores), electrodomésticos de consumo (por ejemplo, hornos microondas, cafeteras), cuadros de mandos automotrices (para pantallas auxiliares), equipos de prueba y medición, y cualquier sistema embebido que requiera una lectura numérica simple y fiable.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación detallada y objetiva de los parámetros eléctricos y ópticos clave especificados en la hoja de datos, explicando su importancia para los ingenieros de diseño.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Estas clasificaciones definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente al dispositivo. No son condiciones para la operación normal.

• Disipación de Potencia por Segmento (70 mW): Esta es la cantidad máxima de energía eléctrica que un solo segmento puede convertir en calor (y luz) sin riesgo de daño. Exceder este límite, típicamente al aplicar una corriente o un voltaje directo demasiado altos, puede provocar sobrecalentamiento, envejecimiento acelerado (depreciación de lúmenes) o falla catastrófica.
• Corriente Directa Máxima por Segmento (60 mA con ciclo de trabajo 1/10, pulso de 0.1 ms): Esta especificación permite pulsos breves de corriente superiores a la capacidad continua. Es útil para esquemas de multiplexación o para lograr un brillo momentáneo más alto. El ciclo de trabajo y el ancho de pulso especificados son críticos; operar fuera de estas condiciones de pulso a 60 mA no es seguro.
• Corriente Directa Continua por Segmento (25 mA): La corriente continua máxima que se puede aplicar a un segmento de forma indefinida bajo condiciones de temperatura ambiente especificadas. La hoja de datos proporciona un factor de reducción de 0.33 mA/°C por encima de 25°C. Por ejemplo, a una temperatura ambiente (Ta) de 85°C, la corriente continua máxima permitida sería: 25 mA - [(85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C] = 25 mA - 19.8 mA = 5.2 mAEsta reducción es esencial para la gestión térmica.
• Reverse Voltage per Segment (5 V): El voltaje máximo que se puede aplicar en dirección inversa (cátodo positivo respecto al ánodo) sin provocar ruptura. Superarlo puede dañar la unión PN del LED.
• Operating & Storage Temperature Range (-35°C to +85°C): Define los límites ambientales para un funcionamiento confiable y un almacenamiento sin operación.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos en condiciones de prueba específicas (Ta=25°C salvo que se indique lo contrario).

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V): Mín: 800 µcd, Típ: 1667 µcd con I_F=1mA. Esta es una medida del brillo percibido del segmento encendido. El amplio rango indica un sistema de clasificación (ver Sección 3). Los diseñadores deben utilizar el valor mínimo para los cálculos de brillo en el peor de los casos.
• Voltaje Directo por Segmento (V_F): Típ: 2.05V, Máx: 2.6V con I_F=20mA. Este es la caída de voltaje a través del LED cuando conduce la corriente especificada. Es crucial para calcular el valor de la resistencia limitadora de corriente requerida: R = (V_supply - V_F) / I_FUtilizando el V máximo_F garantiza un margen de voltaje suficiente.
• Longitud de Onda de Emisión Máxima (λ_p): 661 nm. Esta es la longitud de onda a la cual la salida espectral del LED es máxima. Para los LED amarillo-anaranjados de AlInGaP, esto típicamente se encuentra en la parte ámbar/rojo-anaranjada del espectro.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d): 605 nm. Esta es la única longitud de onda percibida por el ojo humano que coincide con el color de la luz del LED. Es un parámetro más relevante para la especificación del color que la longitud de onda de pico.
• Ancho de Línea Espectral a Mitad de Altura (Δλ): 17 nm. Esto indica la pureza espectral o el ancho de banda de la luz emitida. Un valor más pequeño significa una salida más monocromática (color puro).
• Corriente Inversa por Segmento (I_R): Máx.: 100 µA a V_R=5V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el LED está polarizado en inversa dentro de su especificación máxima.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa: 2:1 (máx.). Esto especifica la relación máxima permitida entre el segmento más brillante y el más tenue dentro de un solo dígito o entre dígitos en un sistema multidígito. Una relación de 2:1 significa que el segmento más brillante no puede ser más del doble de brillante que el más tenue, garantizando una apariencia uniforme.

3. Explicación del Sistema de Binning

La hoja de datos indica que el dispositivo está "Categorizado por Intensidad Luminosa". Esto implica un proceso de binning o clasificación posterior a la fabricación. Debido a las variaciones inherentes en el crecimiento epitaxial del semiconductor y la fabricación del chip, los LED presentan variaciones en parámetros clave. Para garantizar la consistencia para el usuario final, los fabricantes prueban y clasifican (bin) los LED en grupos con características estrechamente coincidentes.

Binning por Intensidad Luminosa: El amplio rango proporcionado para la Intensidad Luminosa Promedio (800 a 1667 µcd) sugiere que los dispositivos se clasifican en diferentes lotes de intensidad. Una orden de compra para el LTS-5701AKF puede especificar un código de lote de intensidad particular (por ejemplo, un nivel de intensidad mínimo) para garantizar un cierto nivel de brillo para la aplicación. Los diseñadores deben consultar la documentación detallada de clasificación por lotes del fabricante para conocer los códigos disponibles.

Clasificación por Lotes de Longitud de Onda/Color: Aunque no se detalla explícitamente con rangos mín./típ./máx. para la longitud de onda dominante más allá de los 605 nm típicos, los dispositivos AlInGaP también se clasifican comúnmente por lotes según el color (longitud de onda dominante o coordenadas de cromaticidad) para garantizar un tono uniforme en todos los segmentos y dígitos de una pantalla. Las variaciones fuera de un lote especificado serían perceptibles visualmente como diferentes matices de amarillo-anaranjado.

4. Análisis de la Curva de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a "Curvas Características Eléctricas / Ópticas Típicas". Aunque los gráficos específicos no se proporcionan en el texto, podemos inferir su contenido estándar e importancia.

Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I_F-V_F ): Esta curva no lineal muestra cómo V_F aumenta con I_F. Demuestra la relación exponencial típica de un diodo. La "rodilla" de esta curva se encuentra alrededor del V típico_F (2.05V-2.6V). Este gráfico es vital para comprender la resistencia dinámica del LED y para diseñar circuitos de excitación eficientes, especialmente cuando se utiliza PWM para el atenuado.

Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (I_V-I_F ): Esta curva muestra que la salida de luz es aproximadamente proporcional a la corriente directa en el rango de operación normal. Sin embargo, la eficiencia (lúmenes por vatio) a menudo alcanza su punto máximo a una corriente inferior a la clasificación máxima. Conducir el LED a corrientes muy altas conduce a la saturación térmica y a una eficiencia reducida.

Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente (I_V-T_a ): Para los LEDs de AlInGaP, la intensidad luminosa típicamente disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esta curva cuantifica esa reducción de capacidad, lo cual es crítico para aplicaciones que operan a altas temperaturas ambientales. Se relaciona directamente con el factor de reducción de corriente especificado en las Clasificaciones Máximas Absolutas.

Intensidad Relativa vs. Longitud de Onda (Curva de Distribución Espectral): Esta curva en forma de campana mostraría la intensidad de la luz emitida a lo largo del espectro, centrada alrededor de la longitud de onda pico (661 nm) con un ancho definido por la media anchura (17 nm). Confirma las características de color del LED.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Paquete y Dibujo

El dispositivo utiliza un paquete LED estándar de siete segmentos, un dígito y 10 pines. Las notas dimensionales clave de la hoja de datos incluyen: todas las dimensiones están en milímetros, con tolerancias generales de ±0,25 mm a menos que se especifique lo contrario. Se proporciona una tolerancia específica para el desplazamiento de la punta del pin: +/- 0,4 mm, lo cual es importante para el diseño de la huella en el PCB para garantizar una alineación y soldabilidad adecuadas. Las dimensiones exactas de altura, anchura, altura del dígito (14,22 mm), tamaño del segmento y espaciado de pines se definen en el dibujo del paquete (referenciado pero no detallado en el texto). Los ingenieros deben obtener el dibujo mecánico completo para un diseño preciso del PCB.

5.2 Conexión de Pines e Identificación de Polaridad

La asignación de pines está claramente definida:

• Pines 3 y 8: Ánodo Común (CA). Estos están conectados internamente y deben conectarse al voltaje positivo de alimentación.
• Pines 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10: Cátodos para los segmentos E, D, C, DP (Punto Decimal), B, A, F, G respectivamente. Estos pines se conectan a tierra (o a un sumidero de corriente) a través de una resistencia limitadora de corriente para iluminar el segmento correspondiente.

La descripción "Rt. Hand Decimal" en el número de pieza sugiere que el punto decimal está ubicado en el lado derecho del dígito. La polaridad está claramente indicada por la designación de Ánodo Común. Aplicar polaridad inversa (conectar CA a tierra y un cátodo a V+) no iluminará el segmento y, si el voltaje inverso excede los 5V, puede dañar el dispositivo.

5.3 Diagrama del Circuito Interno

The referenced diagram would show the internal electrical connections: eight individual LED chips (seven segments plus decimal point), each with its anode connected to the common anode pins (3 & 8) and its cathode connected to its respective dedicated pin. This confirms the common anode topology.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

La hoja de datos proporciona una condición de soldadura específica: "1/16 de pulgada por debajo del plano de asiento durante 3 segundos a 260°C". Esta es una especificación de soldadura por ola. Significa que las patillas pueden sumergirse en una ola de soldadura a una profundidad de aproximadamente 1.6 mm (1/16") por debajo del cuerpo plástico de la pantalla durante un máximo de 3 segundos, con el baño de soldadura a 260°C. Esto evita que el calor excesivo suba por las patillas y dañe los chips LED internos o el encapsulado plástico.

Consideraciones Importantes:

• Soldadura por Reflujo: Si se utiliza soldadura por reflujo (común para SMT, pero este es un componente de orificio pasante), el perfil debe controlarse cuidadosamente. No se debe exceder la temperatura máxima nominal de la unidad durante el montaje. La temperatura máxima del cuerpo normalmente debe mantenerse por debajo de la temperatura máxima de almacenamiento (85°C) o según un perfil de reflujo más específico si lo proporciona el fabricante.
• Limpieza: Después de soldar, utilice únicamente agentes de limpieza compatibles con el material plástico de la pantalla para evitar grietas o empañamiento.
• Manipulación: Evite el estrés mecánico en los pines. Utilice las precauciones adecuadas contra ESD (Descarga Electroestática) durante la manipulación y el montaje.
• Almacenamiento: Almacenar en el rango de temperatura especificado (-35°C a +85°C) en un ambiente de baja humedad y antiestático.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

The most common drive method is multiplexing, especially for multi-digit displays. Since it's a common anode display, the anodes (pins 3 & 8) would be connected to a microcontroller's I/O pins configured as outputs set HIGH (or to a transistor used as a high-side switch). The cathodes for all segments (A-G, DP) would be connected to current sink drivers, which could be discrete transistors, dedicated LED driver ICs (like 74HC595 shift registers with constant current, or MAX7219), or microcontroller pins with sufficient sink capability. A current-limiting resistor is required in series with each cathode path (or a single resistor per common anode if current is regulated per digit). The resistor value is calculated as: R = (V_supply - V_F - V_CE(sat) o V_caída) / I_F. Utilice el V máximo_F para un diseño seguro.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente: Utilice siempre una resistencia limitadora de corriente o un driver de corriente constante. Nunca conecte un LED directamente a una fuente de voltaje.
• Frecuencia de Multiplexación: For multiplexed displays, use a refresh rate high enough to avoid visible flicker (typically >60 Hz per digit). The duty cycle determines the average current. For N digits, the peak current per segment can be up to N times the desired average current, but must not exceed the peak current rating (60mA under specified conditions).
• Ángulo de Visión: Posicione la pantalla teniendo en cuenta su amplio ángulo de visión para garantizar la visibilidad para el usuario final.
• Mejora del Contraste: La cara gris ayuda, pero para condiciones de luz ambiental alta, considere agregar un filtro de contraste o una visera.
• Gestión Térmica: Adherirse a las reglas actuales de reducción de potencia a altas temperaturas ambientales. Asegurar una ventilación adecuada si se utilizan múltiples pantallas en un espacio confinado.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con otras tecnologías de visualización de siete segmentos:

• vs. LEDs estándar de GaAsP o GaP (rojo, verde): AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor (más salida de luz por mA) y una mejor estabilidad térmica, lo que resulta en pantallas más brillantes con un rendimiento más consistente.
• vs. LCDs: Los LED son emisivos (producen su propia luz), lo que los hace claramente visibles en la oscuridad sin retroiluminación, mientras que las LCD reflectantes requieren luz ambiental. Los LED también tienen un tiempo de respuesta mucho más rápido y un rango de temperatura de operación más amplio. Sin embargo, las LCD generalmente consumen mucha menos energía para pantallas estáticas.
• vs. VFDs (Vacuum Fluorescent Displays): Los VFD pueden ofrecer alto brillo y amplios ángulos de visión, pero requieren voltajes de conducción relativamente altos y son más frágiles. Los LED son más robustos, requieren voltajes más bajos y tienen una vida útil más larga.
• Dentro de las Pantallas AlInGaP: El LTS-5701AKF se distingue por su altura de dígito específica de 0.56", color amarillo-anaranjado, configuración de ánodo común, punto decimal a la derecha y su intensidad luminosa categorizada (binned), lo que garantiza un nivel de calidad y consistencia para aplicaciones profesionales.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Puedo controlar esta pantalla con un microcontrolador de 5V sin una resistencia limitadora de corriente si utilizo el límite de corriente del pin de E/S?
A: No. Confiar únicamente en el límite de corriente interno del pin del microcontrolador no es seguro ni fiable para el LED. El límite del pin es para protección, no para establecer un punto de operación preciso. El voltaje directo del LED es de ~2.1-2.6V. Conectarlo directamente a un pin de 5V intentaría forzar una corriente muy alta, lo que podría dañar tanto el pin del microcontrolador como el LED. Una resistencia limitadora de corriente externa es obligatoria.

Q2: ¿Por qué hay dos pines de ánodo común (3 y 8)?
A: Esta es una práctica de diseño común para mejorar la distribución de corriente y la fiabilidad. La corriente total de todos los segmentos encendidos fluye hacia el ánodo común. Tener dos pines en paralelo reduce la carga de corriente y el estrés térmico en cada pin individual y en los cables de unión internos, mejorando la longevidad y permitiendo un mayor brillo general.

P3: La intensidad luminosa se proporciona a 1mA, pero la tensión directa se da a 20mA. ¿Cuál debo usar para el diseño?
A: Utilice ambos, pero para cálculos diferentes. Utilice la V_F @ 20mA (o su corriente de operación elegida) para calcular el valor de la resistencia en serie. Utilice la I_V vs. I_F relación (a partir de la curva característica) para estimar el brillo en la corriente de operación elegida. El punto de prueba I de 1mA_V es un punto de prueba estandarizado para comparación y clasificación.

Q4: ¿Qué significa "Paquete Libre de Plomo (según RoHS)"?
A: Significa que los materiales utilizados en la construcción del dispositivo, incluido el estañado de los terminales, cumplen con la directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS). Específicamente, indica la ausencia de plomo (Pb), mercurio, cadmio, cromo hexavalente y ciertos retardantes de llama (PBB, PBDE) por encima de los niveles permitidos. Esto es importante para el cumplimiento ambiental en la mayoría de los mercados globales.

10. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

Ejemplo 1: Visualización Simple de Voltímetro de 4 Dígitos. Se podrían utilizar cuatro dígitos LTS-5701AKF para mostrar un voltaje de 0.000 a 19.99V. Un microcontrolador con un ADC mediría el voltaje. La visualización sería multiplexada: el microcontrolador calcularía qué segmentos encender para cada dígito y ciclaría rápidamente a través de los cuatro ánodos comunes mientras activa las líneas de cátodo compartidas para los segmentos del dígito activo. Se debe tener cuidado de limitar la corriente pico por segmento según el ciclo de trabajo del multiplexado (por ejemplo, 1/4 de ciclo de trabajo = la corriente pico puede ser 4 veces la corriente promedio deseada para el brillo).

Ejemplo 2: Temporizador/Contador Industrial. En un entorno fabril, un dispositivo podría contar artículos en una línea de producción. El alto brillo y el amplio ángulo de visión del LTS-5701AKF lo hacen adecuado para que los operadores vean la cuenta desde la distancia. Su robusta construcción de estado sólido resiste las vibraciones. El diseño debería garantizar que la pantalla sea legible en las condiciones de iluminación de la fábrica, posiblemente requiriendo un parasol.

11. Introducción a los Principios Tecnológicos

The LTS-5701AKF is based on Aluminum Indium Gallium Phosphide (Al_xIn_yGa_1-x-yP) semiconductor technology. This is a III-V compound semiconductor where the relative proportions of Aluminum (Al), Indium (In), and Gallium (Ga) determine the bandgap energy of the material. The bandgap energy directly dictates the wavelength (color) of light emitted when electrons recombine with holes across the junction. AlInGaP is particularly efficient for producing light in the yellow, orange, amber, and red regions of the spectrum. The epitaxial layers are grown on a Gallium Arsenide (GaAs) substrate. When a forward voltage exceeding the junction's built-in potential is applied, electrons are injected into the P-region and holes into the N-region. Their recombination in the active region releases energy in the form of photons (light). The gray faceplate absorbs ambient light to improve contrast, while the white segment outlines provide a reference for unlit segments.

12. Tendencias y Evoluciones Tecnológicas

Si bien las pantallas LED tradicionales de siete segmentos, como la LTS-5701AKF, siguen siendo muy relevantes para aplicaciones específicas debido a su simplicidad, fiabilidad y rentabilidad, son evidentes tendencias más amplias en la tecnología de visualización. Existe un cambio general hacia una mayor integración y capacidad de direccionamiento. Esto incluye la proliferación de pantallas LED de matriz de puntos y OLED que ofrecen capacidades alfanuméricas y gráficas completas. Las soluciones de controladores integrados (como los chips controladores LED gestionados por I2C o SPI) se están convirtiendo en estándar, simplificando la interfaz con microcontroladores. En cuanto a los materiales, aunque el AlInGaP es maduro y eficiente para su gama de colores, la investigación continúa para mejorar la eficiencia (lúmenes por vatio), la reproducción cromática y la estabilidad frente a la temperatura y a lo largo de la vida útil. Para aplicaciones de nicho que requieren extrema simplicidad, robustez y una salida numérica específica, las pantallas discretas de siete segmentos seguirán siendo una solución viable y a menudo óptima. La tendencia para estos componentes es hacia un consumo de energía aún menor, una mayor eficiencia de brillo y potencialmente factores de forma más pequeños, manteniendo la legibilidad.