Hoja de Datos del Display LED LTD-5223AJF - Altura de Dígito 0.56 Pulgadas - AlInGaP Naranja Amarillo - Tensión Directa 2.6V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTD-5223AJF 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. Su función principal es proporcionar una salida numérica visual en dispositivos electrónicos. La tecnología central utiliza material semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP) para producir una emisión de luz naranja-amarilla distintiva. Este sistema de material es conocido por su alta eficiencia y excelente visibilidad. El display presenta una cara gris claro y segmentos de color blanco, ofreciendo un alto contraste para una legibilidad óptima bajo diversas condiciones de iluminación.

El dispositivo está categorizado como de cátodo común con una configuración de punto decimal a la derecha. Está diseñado para una fiabilidad de estado sólido, garantizando una larga vida operativa y un rendimiento consistente. El mercado objetivo incluye paneles de control industrial, equipos de prueba y medición, electrodomésticos y cualquier sistema embebido donde se requiera un display numérico compacto, fiable y energéticamente eficiente.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Características Ópticas

El rendimiento óptico es fundamental para la funcionalidad del display. Los parámetros clave, medidos a una temperatura ambiente (TA) de 25°C, son los siguientes:

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):Varía desde un mínimo de 320 µcd hasta un valor típico de 700 µcd cuando se excita con una corriente directa (I_F) de 1mA por segmento. Este alto nivel de brillo garantiza una buena visibilidad.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):Típicamente 611 nanómetros (nm). Esto define el punto específico de mayor potencia espectral de salida en la región naranja-amarilla del espectro visible.
• Ancho de Línea Espectral a Mitad de Altura (Δλ):Aproximadamente 17 nm. Este parámetro indica la pureza espectral o el ancho de banda de la luz emitida; un ancho más estrecho sugiere un color más saturado y puro.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):Típicamente 605 nm. Esta es la percepción de color de una sola longitud de onda por el ojo humano, que coincide estrechamente con el tono naranja-amarillo percibido.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):Máximo 2:1. Esto especifica la variación permitida en el brillo entre diferentes segmentos del mismo dígito cuando se excitan en condiciones idénticas (I_F=1mA), asegurando una apariencia uniforme.

Todas las mediciones de intensidad luminosa se realizan utilizando una combinación de sensor y filtro calibrada para aproximarse a la curva de respuesta del ojo fotópico CIE, asegurando la relevancia de los datos para la visión humana.

2.2 Características Eléctricas

Los parámetros eléctricos definen las condiciones de operación y los límites del dispositivo:

• Tensión Directa por Segmento (V_F):Típicamente 2.6V, con un máximo de 2.6V a I_F=20mA. Esta es la caída de tensión a través de un segmento iluminado.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):Máximo 100 µA cuando se aplica una tensión inversa (V_R) de 5V. Esto indica el nivel de corriente de fuga cuando el LED está polarizado inversamente.

2.3 Límites Absolutos Máximos

Estos son los límites de estrés que no deben excederse bajo ninguna circunstancia para evitar daños permanentes:

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW.
• Corriente Directa Pico por Segmento:90 mA (a un ciclo de trabajo de 1/10, ancho de pulso de 0.1ms).
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA. Esta especificación se reduce linealmente desde 25°C a una tasa de 0.33 mA/°C.
• Tensión Inversa por Segmento:5 V.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura:260°C durante 3 segundos, medida a 1/16 de pulgada (aprox. 1.6mm) por debajo del plano de asiento.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica que el dispositivo está "Categorizado por Intensidad Luminosa". Esto implica un proceso de clasificación o selección basado en la salida óptica medida. Aunque los detalles específicos de los códigos de clasificación no se proporcionan en este extracto, la categorización típica para tales displays implica agrupar unidades según su intensidad luminosa medida a una corriente de prueba estándar (por ejemplo, 1mA o 20mA). Esto asegura que los diseñadores reciban displays con niveles de brillo consistentes para una apariencia uniforme del producto. Los compradores deben consultar las especificaciones completas de clasificación del fabricante para obtener definiciones detalladas de códigos relacionados con la intensidad y potencialmente con la tensión directa (V_f) para garantizar la compatibilidad eléctrica en su diseño.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a "Curvas Típicas de Características Eléctricas / Ópticas". Estas representaciones gráficas son cruciales para comprender el comportamiento del dispositivo más allá de las especificaciones de un solo punto. Aunque las curvas específicas no se muestran en el texto proporcionado, típicamente incluyen:

• Curva I-V (Corriente-Tensión):Muestra la relación entre la corriente directa (I_F) y la tensión directa (V_F). Esto es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa:Ilustra cómo la salida de luz aumenta con la corriente de excitación, ayudando a optimizar el equilibrio entre brillo y consumo de energía.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Demuestra cómo el brillo disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión, lo cual es crítico para aplicaciones que operan en entornos de temperatura elevada.
• Distribución Espectral:Una gráfica de intensidad relativa versus longitud de onda, que muestra el pico (λ_p) y la forma del espectro de luz emitido.

Los diseñadores deben consultar estas curvas para predecir el rendimiento en condiciones no estándar y para garantizar una operación confiable en todo el rango de temperatura especificado.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones Físicas

El dispositivo tiene una altura de dígito de 0.56 pulgadas (14.22 mm). El dibujo de dimensiones del paquete (referenciado pero no mostrado) proporciona contornos mecánicos detallados, incluida la longitud total, el ancho, la altura, las dimensiones de los segmentos y el espaciado de las patillas (pines). Todas las dimensiones se especifican en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25mm a menos que se indique lo contrario. Esta información es vital para el diseño de la huella en el PCB y para garantizar un ajuste adecuado dentro de la carcasa del producto final.

5.2 Conexión de Pines e Identificación de Polaridad

El LTD-5223AJF es un display de dos dígitos, de cátodo común, con 18 pines. La asignación de pines es la siguiente:

• Cátodo Común (CC):Los pines 13 y 14 son los terminales de cátodo común para el Dígito 2 y el Dígito 1, respectivamente. En una configuración de cátodo común, todos los cátodos de los segmentos LED para un dígito dado están conectados internamente a este único pin. Para iluminar un segmento, su pin de ánodo correspondiente debe ser excitado a nivel alto (tensión positiva a través de una resistencia limitadora de corriente) mientras que el cátodo común de su dígito se lleva a nivel bajo (tierra).
• Ánodos de Segmento:Los pines 1-12 y 15-18 son las conexiones de ánodo para los segmentos individuales (A-G y DP) de ambos dígitos. La asignación está claramente definida en la tabla de conexión de pines (por ejemplo, Pin 1: Ánodo E para el Dígito 1).
• Punto Decimal a la Derecha:Los ánodos del punto decimal se especifican para cada dígito (Pines 4 y 9), confirmando su posición en el lado derecho del dígito.

El diagrama de circuito interno (referenciado) confirma visualmente esta arquitectura de cátodo común y la interconexión de segmentos dentro de cada dígito.

6. Guías de Soldadura y Montaje

Los límites absolutos máximos especifican un parámetro crítico de soldadura: las patillas pueden someterse a una temperatura de 260°C durante un máximo de 3 segundos, medida en un punto a 1/16 de pulgada (1.6mm) por debajo del plano de asiento (donde el cuerpo del paquete se encuentra con el PCB). Esta es una restricción estándar del perfil de soldadura por reflujo. Para garantizar la fiabilidad:

• Adhiérase estrictamente a este perfil tiempo-temperatura durante los procesos de soldadura por reflujo.
• Evite soldar a mano directamente sobre el cuerpo del paquete; aplique calor solo a las patillas.
• Permita que el dispositivo se enfríe naturalmente después de la soldadura; evite choques térmicos.
• Siga las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo y montaje.
• Almacene los dispositivos dentro del rango de temperatura especificado (-35°C a +85°C) en un ambiente seco antes de su uso.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Para displays de cátodo común como el LTD-5223AJF, se utilizan dos métodos de excitación principales:

1. Excitación Estática:Cada ánodo de segmento tiene una resistencia limitadora de corriente y un pin de control dedicados. Los cátodos comunes están permanentemente conectados a tierra. Este método es simple pero requiere muchos pines de E/S (7 segmentos + DP por dígito).
2. Excitación Multiplexada (Dinámica):Este es el método más común para displays de múltiples dígitos. Todos los ánodos de segmento para la misma posición de segmento en todos los dígitos están conectados juntos. El cátodo común de cada dígito se controla de forma independiente mediante un transistor o un CI controlador. El microcontrolador cicla rápidamente encendiendo el cátodo de un dígito a la vez mientras presenta los datos de segmento para ese dígito en las líneas de ánodo comunes. Esto reduce significativamente los pines de E/S requeridos y es muy eficiente. El alto brillo y el buen tiempo de respuesta de los LED AlInGaP los hacen muy adecuados para la multiplexación.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Utilice siempre una resistencia en serie para cada ánodo de segmento (o línea de ánodo común en multiplexación) para limitar la corriente directa a un valor seguro, típicamente entre 1mA y 20mA dependiendo del brillo deseado y del presupuesto de potencia. Calcule el valor de la resistencia usando R = (V_fuente- V_F) / I_F.
• Operación a Baja Corriente:La hoja de datos destaca un excelente rendimiento a corrientes tan bajas como 1mA por segmento. Esta es una ventaja clave para aplicaciones alimentadas por batería o sensibles a la energía.
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión garantiza la legibilidad desde varias posiciones, lo cual es importante para equipos montados en paneles.
• Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia es baja, asegúrese de que la temperatura ambiente de operación no exceda los 85°C. En espacios cerrados o entornos de alta temperatura, considere la ventilación.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Los principales diferenciadores del LTD-5223AJF son su tecnología de material y su optimización para baja corriente:

• AlInGaP vs. Materiales Tradicionales:En comparación con las tecnologías LED más antiguas de GaAsP o GaP, el AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, lo que resulta en un mayor brillo para la misma corriente de excitación o un brillo equivalente con menor potencia. También proporciona una saturación de color superior y una mayor estabilidad con la temperatura y a lo largo de la vida útil.
• Diseño para Baja Corriente:Muchos displays se caracterizan a corrientes más altas (por ejemplo, 20mA). El LTD-5223AJF está explícitamente probado y seleccionado por sus excelentes características a 1mA, lo que lo convierte en una opción destacada para diseños de ultra bajo consumo donde cada miliamperio cuenta.
• Uniformidad:Características como "Segmentos Continuos Uniformes" y una relación de coincidencia de intensidad luminosa ajustada (2:1) aseguran una apariencia profesional y consistente en todos los dígitos y segmentos, lo cual no siempre está garantizado en displays de menor costo.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la corriente mínima necesaria para ver los segmentos iluminarse?

R: Aunque el dispositivo se prueba hasta 1mA, los segmentos pueden ser visibles a corrientes aún más bajas, aunque el brillo será muy tenue. Para una operación confiable, diseñe para el mínimo especificado de 1mA.

P: ¿Puedo excitar este display directamente con un microcontrolador de 3.3V o 5V?

R: Sí, pero siempre debe usar una resistencia limitadora de corriente. Con una V_Ftípica de 2.6V, una fuente de 5V requeriría un valor de resistencia de aproximadamente (5V - 2.6V) / 0.020A = 120Ω para una excitación de 20mA. Para lógica de 3.3V, el margen es menor: (3.3V - 2.6V) / 0.020A = 35Ω. Verifique siempre la corriente directa real.

P: ¿Qué significa "Cátodo Común" para mi diseño de circuito?

R: Significa que usted suministra corriente a tierra para encender un dígito. En la práctica, conecta el pin de cátodo común a un pin de E/S del microcontrolador (configurado como salida baja) o al colector de un transistor NPN cuyo emisor está conectado a tierra. El microcontrolador luego activa el transistor para habilitar el dígito.

P: ¿Cómo logro un brillo uniforme al multiplexar?

R: En la excitación multiplexada, la corriente instantánea por segmento es mayor que la corriente promedio deseada porque cada dígito solo está encendido durante una fracción del tiempo (ciclo de trabajo). Por ejemplo, para lograr un promedio de 5mA por segmento en una multiplexación de 2 dígitos con ciclo de trabajo igual, excitaría cada segmento con aproximadamente 10mA cuando su dígito está activo. La corriente pico aún debe mantenerse dentro del límite absoluto máximo de 25mA continuos/90mA pulsados.

10. Caso de Estudio de Diseño y Uso

Escenario: Diseño de un Display para Multímetro Portátil de Bajo Consumo

Un diseñador está creando un multímetro digital de mano que debe operar durante períodos prolongados con una sola batería de 9V. La legibilidad en diversas condiciones de iluminación es crítica. El LTD-5223AJF es un candidato ideal.

Implementación:El diseñador utiliza un microcontrolador con controladores integrados para LCD/segmentos o un CI controlador de multiplexación dedicado. Elige excitar cada segmento a una corriente promedio de 2mA para conservar energía. Para una multiplexación de 2 dígitos, la corriente pico durante la ranura de tiempo activa se establece en 4mA por segmento, muy dentro de las capacidades del dispositivo. La alta intensidad luminosa a baja corriente (320-700 µcd a 1mA) asegura que el display permanezca claramente visible. El color naranja-amarillo AlInGaP se elige por su alto contraste contra la cara gris claro y su efectividad tanto en luz ambiente tenue como brillante. El amplio ángulo de visión permite al usuario leer la medición desde diferentes ángulos sin perder claridad. La baja tensión directa minimiza la pérdida de potencia en el circuito de excitación, extendiendo aún más la vida útil de la batería.

11. Introducción al Principio Técnico

El principio de operación central se basa en la electroluminiscencia en una unión P-N de semiconductor. El LTD-5223AJF utiliza AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) como material semiconductor activo. Cuando se aplica una tensión directa que excede la energía de la banda prohibida del material a través de la unión, los electrones de la región tipo N se recombinan con los huecos de la región tipo P. Este proceso de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación AlInGaP determina la energía de la banda prohibida, que corresponde directamente a la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, naranja-amarillo (~605-611 nm). Los chips están montados sobre un sustrato de GaAs no transparente, lo que ayuda a dirigir la salida de luz hacia arriba a través del segmento, mejorando la eficiencia y el contraste. Los siete segmentos individuales (A-G) y el punto decimal (DP) están formados por chips LED separados o regiones de chip, eléctricamente aislados pero dispuestos físicamente para formar un patrón de dígito. La configuración de cátodo común conecta internamente todos los cátodos de los segmentos dentro de un solo dígito, simplificando el circuito de excitación externo.

12. Tendencias y Contexto Tecnológico

Si bien los displays LED de siete segmentos siguen siendo una solución robusta y rentable para lecturas numéricas, el campo más amplio de la optoelectrónica está evolucionando. El uso de AlInGaP representa un avance sobre los materiales semiconductores III-V más antiguos como el GaAsP, ofreciendo mayor eficiencia y mejor pureza de color. Las tendencias actuales en tecnología de visualización para información más compleja incluyen un cambio hacia OLEDs de matriz de puntos o LCDs, que ofrecen capacidades alfanuméricas y gráficas completas en paquetes de tamaño similar. Sin embargo, para aplicaciones numéricas dedicadas que requieren una fiabilidad extrema, operación en un amplio rango de temperaturas, alto brillo y simplicidad, los displays LED de siete segmentos como el LTD-5223AJF continúan siendo la opción preferida. Los desarrollos futuros pueden centrarse en materiales aún más eficientes (como InGaN mejorado para otros colores o tecnología micro-LED), reduciendo aún más el consumo de energía para aplicaciones críticas en baterías, e integrando la electrónica de control directamente en el paquete del display para simplificar el diseño del sistema.